Kamera pengukuran suhu visi termal (radiometrik): Teknologi, teori, dan aplikasi

ISI

1. Teori dan Teknologi Dasar

2. Kontrol presisi pengukuran

3. Rentang suhu yang berbeda (roda gigi)

4. Pengukuran suhu berkecepatan tinggi

5. Aplikasi Industri

6. Topik menarik lainnya

1. Teori dan Teknologi Dasar

Teori radiasi Blackbody

• Blackbody: Objek teoretis yang menyerap semua radiasi insiden dan memancarkan energi berdasarkan suhunya.
• Hukum Planck: Menjelaskan pancaran spektral Blackbody sebagai fungsi panjang gelombang dan suhu.

Di mana:

B (λ, t): Radiance spektral.

λ: panjang gelombang.

T: Suhu absolut.

H: Konstanta Planck.

C: Kecepatan cahaya.

K: Konstanta Boltzmann.

• Hukum Stefan-Boltzmann: Menyatakan bahwa total energi yang dipancarkan oleh orang kulit hitam sebanding dengan kekuatan keempat dari suhu absolutnya.

Di mana:

E: Energi total terpancar.

σ: Stefan-Boltzmann Constant

T: Suhu absolut.

(Blackbody Radiation Chart, dari Wikipedia)

(Warna Blackbody berdasarkan Teori, dari Wikipedia)

Teknologi Utama

• Inframerah Gelombang Panjang (LWIR):

Beroperasi dalam rentang panjang gelombang 8-14 μm.

Ideal untuk mengukur suhu dari -20 derajat hingga 1000 derajat.

Biasa digunakan dalam aplikasi industri dan medis.

• Mid-wave (mwir) /Shortwave (swir)/ Dekat (nir) inframerah:

Beroperasi dalam rentang panjang gelombang 3-5 μm atau bahkan lebih pendek (SWIR, NIR).

Cocok untuk pengukuran suhu tinggi (hingga 3000 derajat).

Digunakan dalam aplikasi seperti analisis pembakaran dan kedirgantaraan.

• Fotodetektor inframerah sumur kuantum (QWIP):

Teknologi detektor canggih menggunakan sumur kuantum untuk meningkatkan sensitivitas.

Menawarkan resolusi dan akurasi tinggi, terutama di MWIR.

2. Kontrol presisi pengukuran

• Emisivitas

Definisi: Emisivitas (ε) adalah rasio radiasi yang dipancarkan oleh objek terhadap radiasi yang dipancarkan oleh orang hitam pada suhu yang sama.

• Nilai emisivitas:

Blackbody yang sempurna: ε = 1.

Objek nyata: ε <1 (bervariasi berdasarkan kondisi material dan permukaan).

(Contoh tabel emmisivitas objek umum)

Pengaturan parameter selama pengukuran

Pengaturan emisivitas:

• Sesuaikan pengaturan emisivitas kamera agar sesuai dengan bahan yang diukur.
• Pengaturan emisivitas yang salah dapat menyebabkan pembacaan suhu yang tidak akurat.

Suhu yang tercermin:

• Akun untuk radiasi inframerah tercermin oleh objek dari lingkungannya.
• Penting untuk permukaan yang mengkilap atau reflektif.

Kondisi jarak dan atmosfer:

• Atur jarak antara kamera dan objek.
• Sesuaikan dengan faktor atmosfer seperti kelembaban dan suhu udara.

Kalibrasi menggunakan Blackbody

Blackbody: Perangkat dengan suhu radiasi yang diketahui dan diselesaikan, yang digunakan untuk mengkalibrasi kamera termal, dan untuk meningkatkan presisi hasil pengukuran.

Proses kalibrasi:

• Arahkan kamera ke Blackbody.
• Sesuaikan bacaan kamera agar sesuai dengan suhu Blackbody.
• Memastikan pengukuran suhu yang akurat dalam aplikasi dunia nyata.

(Orang hitam khas yang digunakan untuk kalibrasi)

3. Rentang suhu yang berbeda (roda gigi)

Di bawah ini adalah roda gigi pembagian yang kasar, yang biasanya digunakan dalam aplikasi radiometrik.

• Rentang rendah/suhu biasa (-20 derajat hingga 100 derajat -200 derajat): Digunakan dalam HVAC, inspeksi bangunan, dan aplikasi medis.
• Kisaran suhu menengah (150 derajat hingga 500 derajat): Umum dalam proses industri seperti manufaktur elektronik dan pemrosesan makanan.
• Kisaran suhu tinggi (500 derajat hingga 3000 derajat):

     Sub-Gear1: (500 derajat hingga 1000 derajat): Gunakan dalam manufaktur plastik / kaca / metalurgi titik low-melting

     Sub-Gear 2:(1000 derajat hingga 3000 derajat): Digunakan dalam besi metalurgi (misalnya), dan kedirgantaraan.

• Perlengkapan Khusus:Suhu tubuh manusia

Selama covid -19 pandemi, kamera termal radiometrik banyak digunakan untukskrining demam. Kamera ini mengukur suhu kulit (biasanya 30 derajat hingga 40 derajat) dengan presisi tinggi, memungkinkan skrining cepat dan non-kontak, dan menggunakanKalibrasi BlackbodyUntuk mendapatkan presisi yang sangat tinggi (sekitar ± {{0}}. 1 derajat - ± 0,01 derajat @ ​​2m -20 m jarak).

Namun selama periode pandemi, teknologi baru telah muncul dan ditemukan dengan algoritma canggih, di mana memungkinkan proses pengukuran tanpa bantuan kalibrasi Blackbody, untuk mengurangi harga dan meningkatkan pengalaman aplikasi yang sebenarnya.

Kamera radiometrik umumnya mendukung satu atau dua roda gigi (sub-) di antara rentang yang disebutkan di atas, karena berbagai teknologi pengukuran yang diterapkan dan mengukur hasil kontrol presisi.

4. Pengukuran suhu berkecepatan tinggi

Aplikasi

1). Kereta berkecepatan tinggi:

• Sistem Rem: Pantau suhu cakram rem untuk mencegah panas berlebih dan memastikan keamanan.
• Bantalan roda:Mendeteksi tanda tangan panas abnormal yang menunjukkan keausan atau kegagalan.

2). Burung terbang:

• Penelitian Ekologis: Pelajari tanda tangan termal burung dalam penerbangan untuk memahami pengeluaran dan perilaku energi mereka.
• Konservasi:Pantau populasi burung dan pola migrasi.

3). Pencampuran berbagai cairan suhu:

• Proses industri: Menganalisis distribusi suhu dan efisiensi pencampuran dalam reaktor kimia atau pemrosesan makanan.
• Riset: Mempelajari perpindahan panas dan dinamika fluida secara real-time.

4). Pengujian Otomotif:

• Komponen mesin:Pantau suhu piston, sistem pembuangan, dan turbocharger selama pengujian kecepatan tinggi.
• Aerodinamika: Mempelajari distribusi panas pada permukaan kendaraan untuk mengoptimalkan desain.

5). Aerospace:

• Mesin roket: Pantau suhu pembakaran selama penembakan pengujian.
• Komponen pesawat:Deteksi terlalu panas dalam mesin, rem, dan avionik.

Tantangan

• Frame rate: Aplikasi berkecepatan tinggi membutuhkan kamera dengan frame rate tinggi (misalnya, 60 Hz atau lebih tinggi).
• Pengolahan data: Perubahan suhu yang cepat memerlukan algoritma canggih untuk pengukuran yang akurat.
• Resolusi spasial: Kamera berkecepatan tinggi harus mempertahankan resolusi yang cukup untuk menangkap detail yang baik.

5. Aplikasi Industri

1). Pembuatan kaca/plastik

• Kontrol suhu kaca yang meleleh: Kamera radiometrik memantau suhu kaca cair (hingga 1500 derajat) untuk memastikan kualitas yang konsisten dalam produksi botol kaca.Kontrol suhu yang tepat mencegah cacat seperti retakan atau gelembung.

2). Manufaktur elektronik

• Inspeksi PCB:Kamera termal mendeteksi komponen overheating pada papan sirkuit cetak (PCB) selama pengujian.Ini membantu mengidentifikasi komponen yang salah dan meningkatkan keandalan produk.

3). Sektor energi

• Inspeksi Panel Surya: Kamera termal mengidentifikasi hot spot pada panel surya, menunjukkan potensi cacat atau inefisiensi.
• Pemantauan saluran listrik: Mendeteksi kepanasan dalam saluran listrik dan transformator untuk mencegah kegagalan.

4). Pengolahan makanan

• Pemantauan suhu: Memastikan suhu memasak, pendinginan, dan penyimpanan yang tepat untuk menjaga keamanan dan kualitas makanan.

6. Topik menarik lainnya

1). Aplikasi medis

• Skrining demam: Kamera radiometrik banyak digunakan selama covid -19 pandemi untuk pengukuran suhu non-kontak.
• Penyembuhan luka: Pencitraan termal memantau aliran darah dan peradangan pada luka untuk menilai kemajuan penyembuhan.

2). Pemantauan Lingkungan

• Penelitian Satwa Liar: Kamera termal melacak gerakan hewan dan mempelajari perilaku termal mereka.
• Deteksi Kebakaran Hutan: Mendeteksi tanda tangan panas dari kebakaran hutan, memungkinkan intervensi awal.

3. Industri Otomotif

• Pengujian mesin: Komponen mesin monitor kamera termal untuk overheating selama pengujian.
• Analisis Sistem Rem: Mengukur suhu cakram rem untuk mengoptimalkan kinerja dan keamanan.

4. Penelitian Ilmiah

• Analisis materi: Mempelajari sifat termal bahan dalam kondisi yang berbeda.
• Aerospace: Memantau kinerja termal komponen pesawat ruang angkasa dan pesawat terbang.