دوربین حرارتی چیست و چگونه کار می‌کند؟

در سال 1800، ویلیام هرشل، اخترشناس، موسیقیدان و آهنگساز آلمانی مقیم انگلیس، طیف مادون قرمز را کشف کرد. هرشل این کشف را "طیف دماسنجی" نامید و گهگاه از آن به عنوان "پرتوهای نامرئی" یاد می کند. تا اوایل دهه 1900 بود که به عنوان مادون قرمز شناخته شد.

کشف طیف مادون قرمز توسط هرشل اساس دوربین های تصویربرداری حرارتی مدرن است. این امر منجر به نوآوری های بسیاری در زمینه فناوری مادون قرمز شد، از جمله ساخت اولین دوربین مادون قرمز در سال 1929، یک دوربین حرکتی که توسط ارتش بریتانیا استفاده می شد.

از آن زمان تاکنون دوربین های حرارتی در زمینه های مختلفی از جمله پزشکی، صنعتی، علمی و امنیتی مورد استفاده قرار گرفته اند. آنها در حال حاضر به طور گسترده در بسیاری از برنامه ها مورد استفاده قرار می گیرند و عملکرد برتر را در شرایط تاریک و کم نور ارائه می دهند.

دوربین حرارتی چیست؟

یک دوربین تصویربرداری حرارتی با ترسیم دمای هر چیزی که در دید آن است، یک تصویر دیجیتالی از یک محیط ایجاد می کند. هر جسم و سطحی دارای نشانه گرمایی است که توسط انرژی ارسالی ایجاد می شود که به عنوان انرژی فروسرخ شناخته می شود.

دوربین تصویربرداری حرارتی داده های مادون قرمز را تشخیص می دهد و آن را به یک تصویر الکترونیکی با رنگ هایی که تغییرات دما را نشان می دهد تبدیل می کند. این یک دستگاه ابزار دقیق غیر تماسی و اغلب دستی است که درجه حرارت را تشخیص می دهد و دمای جسم را به صورت تصویر نشان می دهد. 

دوربین حرارتی از دسته دتکتور های حرارتی هستند و از تجهیزات ابزار دقیق پرکاربرد پتروشیمی و پالایشگاه ها هستند.

دوربین های حرارتی چگونه کار می کنند؟

برای درک نحوه عملکرد دوربین‌های تصویربرداری حرارتی ، هر آنچه در مورد نحوه تولید تصاویر دوربین‌های عکاسی می‌دانید را نادیده بگیرید. آنها هیچ ارتباطی با تابش نور از سطوح جامد ندارند، در واقع، دوربین های حرارتی می توانند در تاریکی کامل کار کنند.

گرما و نور هر دو بخشی از طیف الکترومغناطیسی هستند. با این حال، دوربین‌های تصویربرداری حرارتی ، برخلاف نور مرئی، از انرژی گرمایی تصاویر و ویدئو تولید می‌کنند. این انرژی حرارتی یا "مادون قرمز" را نمی توان توسط یک دوربین معمولی تشخیص داد، دقیقاً مانند اینکه چگونه دوربین های مادون قرمز نمی توانند سطوح نور را شناسایی و ضبط کنند.

عملکرد داخلی یک دوربین ترموگرافی شامل یک آرایه حسگر است که شامل هزاران پیکسل است که در یک شبکه مرتب شده اند که به انرژی مادون قرمز واکنش نشان می دهد. انرژی مادون قرمز متمرکز یک سیگنال الکترونیکی تولید می کند که پردازنده دوربین رنگی را به آن اختصاص می دهد.

هر مقدار دما دارای رنگ متفاوتی است که هنگام نقشه برداری تصویر حرارتی یک شی یا محیط را ایجاد می کند.

تصویربرداری حرارتی چه چیزی را می تواند تشخیص دهد؟

دوربین های تصویربرداری حرارتی گرمای مادون قرمز را که با چشم غیرمسلح نامرئی است، تشخیص می دهند. همه اجسام انرژی حرارتی می دهند و هر چه جسم گرمتر باشد انرژی بیشتری تولید می شود. به این فکر کنید که دست خود را روی اجاق گاز نگه دارید تا بررسی کنید که آیا اخیراً روشن بوده است یا خیر، گرمایی که در هوا احساس می کنیم تابش مادون قرمز است.

تصویرگرهای حرارتی از آرایه‌های حسگر برای تشخیص این انرژی گرمایی و تولید اشکال و نگاشت دقیق توزیع گرما استفاده می‌کنند.

دوربین تصویربرداری حرارتی از طریق چه چیزی می تواند ببیند؟

همه دوربین‌های مادون قرمز اولین سطح جامد یا مایع را خواهند دید که می‌تواند شامل بخار و ذرات باشد، یعنی از نظر فنی نمی‌تواند از طریق چیزی ببیند. با این حال، هنوز هم گاهی اوقات موثرترین فناوری دوربین برای «دیدن از میان» پلاستیک نازک، مه، دود، شاخ و برگ، گرد و غبار، مه، باران، شن، برف و تاریکی است.

تصاویر نمایش داده شده ممکن است کامل نباشند، اما در اکثر این موارد، تصویر واضح تری نسبت به دوربین نور مرئی ایجاد می کنند. برای مواردی مانند جستجو و نجات، تصویر به اندازه کافی خوب است تا فردی را که در زیر درخت پنهان شده است شناسایی کند، اما برای اندازه گیری دمای واقعی، احتمالاً نادرست است.

 

دلایل استفاده از دوربین حرارتی چیست؟

دوربین های تصویربرداری حرارتی فوق العاده مفید هستند زیرا می توانند تشعشعات مادون قرمز ساطع شده از همه اشیاء را بدون توجه به شرایط نوری تشخیص دهند. این باعث می شود که آنها بسیار قابل اعتماد و کارآمد باشند، زیرا می توانند منابع گرما را شناسایی کرده و اهداف را در تاریکی شناسایی کنند.

علاوه بر این، آنها 100٪ غیر تهاجمی هستند، به این معنی که انرژی مادون قرمز ساطع شده از سطح سوژه ها را بدون نیاز به تماس فیزیکی تشخیص می دهند. آنها همچنین تفاوت های جزئی در گرما را تشخیص می دهند - به اندازه 0.04 درجه سانتیگراد، و سیستم های بسیار پیشرفته (و گران قیمت) کمتر از 0.01 درجه سانتیگراد.

محدودیت های دوربین های حرارتی چیست؟

اگرچه دوربین‌های حسگر حرارت می‌توانند اشکال و اشکال غیرقابل تشخیص را برای چشم انسان ببینند، اما بدون محدودیت نیستند.

شیشه

برخلاف آنچه که ممکن است انتظار داشته باشید، قرار دادن دوربین تصویربرداری حرارتی به سمت یک تکه شیشه در دمای محیط، تصویری از خودتان به جای آنچه در طرف دیگر است ایجاد می کند. این به این دلیل است که شیشه بسیار بازتابنده است و انتقال اشعه مادون قرمز را متوقف می کند.

با این حال، در پارامترهای فرآیند، ما می‌توانیم از دوربین‌های خود برای اندازه‌گیری دمای شیشه در دماهای بالا در محیط‌های تولیدی بسیار مؤثر استفاده کنیم. با استفاده از دوربین‌های فلزی (1M، 08M و 05M) می‌توانیم شیشه‌های معمولی مبتنی بر کوارتز را ببینیم.

فلز
فلز مانند شیشه عمل می کند و به جای آنچه می خواهید ثبت کنید، تصویری از خودتان به شما می دهد. دوربین های حرارتی هرگز قادر به دیدن از طریق فلز نیستند، اما می توانند نقاط گرم و سرد را در داخل یک جسم یا سازه فلزی تشخیص دهند.

مه
قطرات آب ناشی از مه و باران به دلیل پراکندگی تشعشعات می تواند قابلیت های اندازه گیری دما دوربین های حرارتی را به شدت محدود کند. با این حال، وقتی نوبت به تولید تصویر می‌رسد، دوربین‌های حرارتی ممکن است در شرایط مه‌آلود عملکرد بهتری نسبت به چشم انسان یا حتی دوربین‌های نور مرئی داشته باشند.

کاربرد دوربین تصویربرداری حرارتی

دوربین های تصویربرداری حرارتی برای خدمات اورژانسی بسیار ارزشمند هستند. از تشخیص دید در شب در حین تعقیب و گریز پلیس، تا ماموریت های جستجو و نجات، تا آتش نشانان که بازماندگان را در دود قرار می دهند، بسیاری از حوادث بدون فناوری دوربین حرارتی می توانند نتایج بسیار تلخ تری داشته باشند.

در تولید، تصویربرداری حرارتی می تواند سطوح مایع را در ظروف مات تشخیص دهد، نقاط گرم و سرد را برای جلوگیری از خطر و آسیب تشخیص دهد و فرآیندهای کنترل کیفیت را بهبود بخشد.

برای محیط های چالش برانگیز، استفاده صنعتی ممکن است به دوربین های حرارتی نیاز داشته باشد که مقررات رسمی استانداردهای تولید در بریتانیا را رعایت کنند. این امر در مورد گازهای انفجاری، استخراج معادن و کاربردهایی با حجم بالای گرد و غبار مانند جابجایی دانه ها صدق می کند.

 

بیشتر بخوانید:

دتکتور گاز مونوکسید کربن چیست؟ خرید دتکتور حساس به نشت گاز

 

نکات مهم در انتخاب دوربین حرارتی

انتخاب یک محصول خاص تشخیص حرارت می تواند تصمیمی پیچیده به نظر برسد. همه انواع موجود، تفاوت قیمت‌ها، طرح‌ها و حساسیت‌ها می‌تواند شناخت بهترین گزینه برای برنامه شما را دشوار کند.

1. بودجه شما چقدر است؟
2. آیا نیاز به رعایت استانداردها و گواهینامه های بریتانیا، اتحادیه اروپا یا دیگر دارید؟
3. طراحی - زیبایی و ارگونومیک
4. اندازه و وزن ایده آل چیست؟
5. الزامات شما از نظر محدوده حرارتی، قابلیت تعویض لنز، کالیبراسیون سخت افزاری و نرم افزاری، وضوح تصویر و وضوح صفحه نمایش در صورت وجود چیست؟

 

سوالات متداول

دوربین های حرارتی چگونه دما را اندازه گیری می کنند؟

نور مرئی تنها بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که می توانیم ببینیم، حتی اگر تابش مادون قرمز درصد بیشتری را اشغال کند. یک سطح یا جسم داغتر انرژی گرمایی بیشتری تولید می کند که دوربین های تصویربرداری حرارتی می توانند آن را تشخیص دهند. داده های حرارتی به صورت یک تصویر با رنگ های مختلف که با دماهای مختلف مرتبط هستند نمایش داده می شود.

آیا دوربین مادون قرمز همان دوربین حرارتی است؟

دوربین های تصویربرداری حرارتی گرما را تشخیص می دهند که می توان آن را انرژی مادون قرمز و انرژی حرارتی نیز نامید. بنابراین، دوربین مادون قرمز همان دوربین حرارتی است، زیرا گرما را تشخیص داده و تصویر ایجاد می کند.

چه کسی از دوربین تصویربرداری حرارتی استفاده می کند؟

خدمات اضطراری کاربران بزرگ دوربین های تصویربرداری حرارتی هستند. آتش نشانی، جستجو و نجات، پلیس، و به طور کلی هر کاری که شامل یافتن افراد و حیوانات در سناریوهای دشوار یا مبهم باشد. متخصصان پزشکی، کارگران تعمیر و نگهداری ساختمان، کارگران گاز و برق، و محققان حیات وحش نیز از کاربران معمول دوربین های مادون قرمز هستند.

دوربین حرارتی چقدر می تواند تشخیص دهد؟

هیچ محدودیتی برای تشخیص فاصله یک دوربین حرارتی وجود ندارد، تصویر از هر سطح یا جسم قابل مشاهده در محدوده دوربین تشکیل می شود. در یک شب صاف، تشخیص ماه و ستاره ها توسط دوربین های حرارتی غیرعادی نیست. به عنوان مثال، اگر قطرات آب (باران یا مه) وجود داشته باشد که دید را پنهان می کند، آن قطرات دورترین نقطه ای هستند که دوربین می تواند ببیند.

آیا دوربین های حرارتی زیر آب کار می کنند؟

نه، این کار را نمی کنند. آب انرژی مورد نیاز برای تشخیص گرما را منتقل نمی کند. دوربین های حرارتی معمولاً در زیر آب به خوبی کار نمی کنند، اساساً به عنوان یک ساختار مات یا جامد به عنوان مانعی در برابر تابش مادون قرمز عمل می کنند.

آیا دوربین های حرارتی از طریق شیشه کار می کنند؟

خیر. شیشه بسیار بازتابنده است و اجازه عبور تابش حرارتی را نمی دهد و توانایی دوربین های حرارتی را متوقف می کند.

آیا دوربین های حرارتی می توانند دیوارها را ببینند؟

خیر، دوربین های حرارتی نمی توانند از طریق دیوارها یا بتن «دیدن» کنند. با این حال، اگر یک لوله گرم یا سرد در داخل دیوار وجود داشته باشد، به احتمال زیاد یک دوربین حرارتی آن را انتخاب خواهد کرد.

دوربین حرارتی چگونه کار می کند؟

انرژی حرارتی با انتقال گرما از یک جسم یا سیستم گرمتر به یک سیستم خنک تر عمل می کند و به دنبال رسیدن به تعادل حرارتی است. از این اصل پیروی می کند که گرما به طور طبیعی از مناطق با دمای بالاتر به دمای پایین تر جریان می یابد تا زمانی که متعادل شوند.

دوربین مادون قرمز چگونه کار می کند؟

دوربین مادون قرمز با تشخیص تشعشعات مادون قرمز ساطع شده یا منعکس شده توسط اجسام کار می کند. از یک سنسور مادون قرمز برای گرفتن تابش و سپس تبدیل آن به تصویر بصری استفاده می کند و به ما امکان می دهد تغییرات دما را در صحنه ببینیم و تفسیر کنیم.

 

منابع