इन्फ्रारेड थर्मामीटर के सिद्धांत और वर्गीकरण क्या हैं?
1. इन्फ्रारेड सिद्धांत
परम शून्य (-273 डिग्री) से ऊपर तापमान वाली कोई भी वस्तु बाहर की ओर थर्मल विकिरण उत्सर्जित करती है। वस्तु के तापमान में अंतर से विकिरणित ऊर्जा और विकिरण तरंग दैर्ध्य में भिन्नता होती है, जिसमें अवरक्त विकिरण हमेशा स्पेक्ट्रम में शामिल होता है। 1000 डिग्री से नीचे की वस्तुओं के लिए, थर्मल विकिरण में अवरक्त तरंगें प्रमुख विद्युत चुम्बकीय तरंगें होती हैं। इसलिए, किसी वस्तु के अंतर्निहित अवरक्त विकिरण को मापने से उसके सतह के तापमान का सटीक पता लगाने में मदद मिलती है, जो अवरक्त तापमान माप का उद्देश्य आधार और मुख्य सिद्धांत बनाता है।
एक ब्लैकबॉडी एक आदर्श रेडिएटर है जो 1 की सतह उत्सर्जन के साथ, बिना परावर्तन या संचरण के तरंग दैर्ध्य में सभी घटना उज्ज्वल ऊर्जा को अवशोषित करता है। हालांकि, वस्तुतः सभी प्राकृतिक वस्तुएं गैर-ब्लैकबॉडी हैं। अवरक्त विकिरण वितरण के नियमों को स्पष्ट करने और मात्रा निर्धारित करने के लिए, अनुसंधान के लिए एक सैद्धांतिक मॉडल की आवश्यकता है। प्लैंक ने कैविटी विकिरण के लिए परिमाणित थरथरानवाला मॉडल का प्रस्ताव रखा और ब्लैकबॉडी विकिरण के प्लैंक के नियम को व्युत्पन्न किया, जो तरंग दैर्ध्य द्वारा ब्लैकबॉडी की वर्णक्रमीय चमक को परिभाषित करता है। सभी अवरक्त विकिरण सिद्धांतों की आधारशिला के रूप में कार्य करते हुए, इसे ब्लैकबॉडी विकिरण कानून के रूप में भी जाना जाता है।
विकिरण तरंग दैर्ध्य और वस्तु तापमान के अलावा, वास्तविक वस्तुओं का उज्ज्वल उत्पादन सामग्री के प्रकार, प्रसंस्करण विधियों, थर्मल इतिहास, सतह की स्थिति और पर्यावरणीय कारकों से प्रभावित होता है। व्यावहारिक वस्तुओं पर ब्लैकबॉडी विकिरण कानून को लागू करने के लिए, भौतिक गुणों और सतह की स्थितियों से संबंधित एक आनुपातिक गुणांक पेश किया जाता है, अर्थात् उत्सर्जन। यह गुणांक इंगित करता है कि किसी वास्तविक वस्तु का थर्मल विकिरण ब्लैकबॉडी के थर्मल विकिरण के कितने करीब है, 0 और 1 के बीच। विकिरण कानूनों के अनुसार, किसी भी सामग्री की अवरक्त विकिरण विशेषताओं को उसकी उत्सर्जन क्षमता ज्ञात होने के बाद निर्धारित किया जा सकता है। उत्सर्जन को प्रभावित करने वाले प्रमुख कारकों में सामग्री का प्रकार, सतह का खुरदरापन, भौतिक रासायनिक संरचना और सामग्री की मोटाई शामिल हैं।
2. इन्फ्रारेड थर्मामीटर का कार्य सिद्धांत और संरचना
प्रकृति में, निरपेक्ष शून्य से ऊपर की सभी वस्तुएँ लगातार आसपास के अंतरिक्ष में अवरक्त विकिरण उत्सर्जित करती हैं। किसी वस्तु के अवरक्त विकिरण के परिमाण और तरंग दैर्ध्य वितरण का उसके सतह के तापमान से गहरा संबंध होता है। इस प्रकार, किसी वस्तु की स्व-उत्सर्जित अवरक्त ऊर्जा को कैप्चर करके सटीक सतह तापमान माप प्राप्त किया जा सकता है, जो कि अवरक्त विकिरण थर्मोमेट्री का मूल आधार है।
इन्फ्रारेड थर्मामीटर का कार्य सिद्धांत मापी गई वस्तुओं (जैसे, पिघला हुआ स्टील) द्वारा उत्सर्जित अवरक्त उज्ज्वल ऊर्जा को विद्युत संकेतों में परिवर्तित करना है। अवरक्त विकिरण की तीव्रता सीधे वस्तु के तापमान से मेल खाती है, और मापा तापमान परिवर्तित विद्युत सिग्नल शक्ति के आधार पर निर्धारित किया जाता है।
इन्फ्रारेड थर्मामीटर में एक ऑप्टिकल सिस्टम, फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर, सिग्नल एम्पलीफायर, सिग्नल प्रोसेसिंग यूनिट और डिस्प्ले आउटपुट मॉड्यूल होता है। ऑप्टिकल सिस्टम दृश्य क्षेत्र के भीतर लक्ष्य से अवरक्त उज्ज्वल ऊर्जा एकत्र करता है, जिसका कवरेज थर्मामीटर के ऑप्टिकल घटकों और लेआउट द्वारा निर्धारित किया जाता है। फोकसित अवरक्त ऊर्जा को फोटोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर द्वारा आनुपातिक विद्युत संकेतों में परिवर्तित किया जाता है। समर्पित सर्किट द्वारा प्रवर्धन और प्रसंस्करण के बाद, अंतिम मापा तापमान मान को आउटपुट करने के लिए संकेतों को अंतर्निहित एल्गोरिदम और लक्ष्य उत्सर्जन मापदंडों के माध्यम से कैलिब्रेट किया जाता है।
इन्फ्रारेड थर्मामीटर से लक्ष्य तापमान मापते समय, डिवाइस पहले सेट स्पेक्ट्रल बैंड के भीतर इन्फ्रारेड विकिरण को पकड़ता है और तदनुसार लक्ष्य तापमान की गणना करता है। कार्य सिद्धांतों के आधार पर, इन्फ्रारेड थर्मामीटर को एकल-रंग थर्मामीटर और दो-रंग थर्मामीटर (अनुपात विकिरण थर्मामीटर) में वर्गीकृत किया जाता है। एकल-रंग थर्मामीटर एक बैंड के भीतर विकिरण की तीव्रता के अनुपातिक तापमान को मापते हैं, जबकि दो-रंग वाले थर्मामीटर दो अलग-अलग वर्णक्रमीय बैंड के विकिरण अनुपात के आधार पर तापमान की गणना करते हैं।
3. इन्फ्रारेड थर्मामीटर का विकास और वर्गीकरण
आधुनिक अवरक्त तापमान माप तकनीक तापमान वितरण छवियों को उत्पन्न करने और छिपे हुए तापमान अंतर को कुशलतापूर्वक पहचानने के लिए चर-तापमान सतहों पर थर्मल पहचान को स्कैन करने का समर्थन करती है, यह कार्य अवरक्त थर्मल इमेजर्स द्वारा महसूस किया जाता है।
इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग तकनीक शुरू में सैन्य उपकरणों पर लागू की गई थी। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स (TI) ने दुनिया का पहला इन्फ्रारेड स्कैनिंग डिटेक्शन सिस्टम विकसित किया। तब से, पश्चिमी देशों ने विमान, टैंक और युद्धपोतों सहित सैन्य प्लेटफार्मों के लिए थर्मल लक्ष्यीकरण प्रणाली के रूप में व्यापक रूप से इन्फ्रारेड थर्मल इमेजिंग तकनीक को अपनाया है, जिससे लक्ष्य खोज और हड़ताल क्षमताओं में काफी वृद्धि हुई है।
इन्फ्रारेड तापमान माप उपकरण को आम तौर पर तीन प्रकारों में वर्गीकृत किया जाता है:
(1) इन्फ्रारेड स्पॉट थर्मामीटर: पोर्टेबल और फिक्स्ड माउंटिंग मॉडल सहित;
(2) इन्फ्रारेड स्कैनर;
(3) इन्फ्रारेड थर्मल इमेजर्स।
