2.2 термография. схема измерения теплового излучения твёрдого тела
Бесконтактные методы термографии основаны на использовании инфракрасного излучения, испускаемого всеми нагретыми телами. Спектр электромагнитного излучения принято делить на области по признаку функциональных особенностей источников и приемников излучения. Оптическое излучение представляет собой электромагнитное излучение в диапазоне 0,01 нм … 1000 мкм. Инфракрасное (ИК) излучение является одним из под диапазонов оптического излучения (вместе с рентгеновским, ультрафиолетовым и видимым) и занимает в спектре электромагнитных колебаний диапазон от 0,76 мкм до 1000 мкм.
ИК область спектра принято делить на четыре части:
- ближнюю l = 0,76 … 3 мкм
- среднюю l = 3 … 6 мкм
- дальнюю l = 6 … 15 мкм
- сверхдальнюю l = 15 … 1000 мкм
Такое деление связано с особенностями прохождения ИК излучения через атмосферу. На практике в термографии преимущественно используются два спектральных диапазона 3 … 5 мкм и 8 … 14 мкм, совпадающие с окнами максимальной прозрачности атмосферы и являющиеся наиболее информативными. Спектр, мощность и пространственные характеристики этого излучения зависят от температуры тела и его излучательной способности, обусловленной, в основном, его материалом и микроструктурными характеристиками излучающей поверхности. Например, шероховатые поверхности излучают сильнее, чем зеркальные. При повышении температуры мощность излучения быстро растет, а ее максимум сдвигается в область более коротких длин волн. Эта закономерность характеризуется законом смещения Вина.
Начиная с 14 мкм, поглощение всеми компонентами атмосферы становится настолько сильным, что в спектральном диапазоне с длиной волны более 14 мкм атмосфера практически непрозрачна для ИК лучей.
Инфракрасное излучение объекта в общем случае состоит из собственного излучения, которое зависит от температуры и свойств поверхности объекта, отраженного и пропущенного излучения от окружающих объектов (рисунок 11).
Семейство кривых распределения спектральной поверхностной плотности потока теплового излучения Rт в функции температуры Тк, получается дифференцированием закона Планка. Графически распределение энергии по формуле Планка для разных температур представлено на рисунке 12.
Объект (в том числе и кожный покров человека) с температурой около 300 К (27 °С) имеет максимум излучения на длине волны 10 мкм, солнце при Тэфф = 6000 °С – 0,5 мкм, а жидкий азот с Тот = 77 К – 38 мкм. Спектр излучения может быть непрерывным или дискретным.
Характер спектра зависит, в основном, от агрегатного состояния вещества. Для твердых и жидких тел, как правило, характерны непрерывные спектры излучения, а для газообразных – дискретные, которые при больших давлениях или больших толщинах чаще переходят в непрерывный.
Максимуму излучения при высоких температурах соответствуют более короткие волны, и соответственно, чем ниже температура тем при более длинных волнах достигается максимум излучения.
