טכנולוגיית אינפרא אדום - מילון מונחים

Infrared Radiation – קרינת אינפרא אדום


קרינת אינפרא אדום מתייחסת לטווח אורך הגל של ספקטרום אלקטרו מגנטי (בין 0.78 µm ל1000 µm), טווח שהוא מעבר לתחום האדום של הספקטרום הנראה לעין ועד לקרינת טרה-הרץ. 

לפי חוק פלאנק, כל עצם פולט קרינה בתחום הזה, לרבות בני אדם ובעלי חיים.

השימושים של קרינת האינפרא אדום מגוונים - החל מהעברת תקשורת דרך סיב אופטי, הפעלת מכשירים באמצעות שלט רחוק, מדידת מרחק, איתור נזילות ותשתיות ללא הרס, ראיית לילה, מדידת טמפרטורה ללא מגע ועוד.
קרינת אינפרא אדום התגלתה על ידי האסטרונום וויליאם הרשל ב1800. הרשל ניסה לאמת את הטמפרטורות של מגוון צבעי אור השמש, אותם הוא פיצל באמצעות מנסרה. על ידי הזזת מדחום כספית דרך צבעי הספקטרום, ניכר כי הטמפרטורה עלתה בקצב קבוע מסגול לאדום, אולם המשיכה לעלות גם מעבר לטווח האדום, בתחום הלא נראה  – טווח האינפרא אדום. 


קרינת אינפרא-אדום

 

Emissivity - אמיסיביות


כל חומר עם טמפרטורה מעל האפס המוחלט פולט קרינה אלקטרומגנטית כתוצאה מהתנועה התרמית של החלקיקים הטעונים המרכיבים אותו. כפועל יוצא - כאשר מידת הפליטה של החומר ידועה, ניתן לקבוע את הטמפרטורה שלו מניתוח הקרינה התרמית שהוא פולט. 


מתכת לוהטת פולטת קרינה תרמית גם בטווח הנראה
מתכת לוהטת פולטת קרינה תרמית גם בטווח הנראה.  User:Fir0002, GFDL 1.2, via Wikimedia Commons


Black Body – גוף שחור


גוף שחור הוא גוף אידיאלי אשר סופג לחלוטין קרינה הפוגעת בפני השטח בכל אורך גל. בהתאם לכך, בגוף שחור לא מתרחשת החזרה או העברה. 

על פי חוק פלאנק, הגוף השחור פולט קרינה אלקטרומגנטית באופן התלוי אך ורק בטמפרטורה שלו. הגוף השחור מהווה את בסיס ההבנה לעקרונות הפיזיקליים של הטכנולוגיה העומדת מאחורי אמצעי מדידה ללא מגע ושל אמצעי מדידה אינפרא אדום. 

קרינת גוף שחור
קרינת גוף שחור כפונקציה של אורכי גל שונים. 4C, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons
 

Infrared Detectors – גלאי אינפרא אדום


גלאי אינפרא אדום מסוגלים להמיר קרינה בטווח אורך הגל של אינפרא אדום לאות אלקטרוני. עקרון המדידה מבוסס על חימום חומר הגלאי דרך ספירה של קרינה אלקטרו מגנטית (גלאי תרמי) או על האפקט הפוטואלקטרי של חומר מוליך למחצה. גלאי אינפרא אדום מאפשרים מדידה ללא מגע בהתבסס על קרינת האינפרא אדום הנפלטת מהעצם. 

    

Transmissivity – העברה/ תולכה


פגיעה של קרינה אלקטרומגנטית על גוף יכולה להיות מועברת דרך הגוף. ההעברה (Transmissivity) מתארת את יעילותו של החומר בהעברת אנרגיית קרינה, כאשר יתר הקרינה מוחזרת או נספגת בגוף עצמו.

רוב העצמים המוצקים לא מראים העברה בטווח האינפרא-אדום. יוצאי הדופן הם סוגים מסוימים של פלסטיק, קריסטלים שקופים וחומרים מוליכים למחצה כגון סיליקון, אשר שקופים בטווח אורך הגל של האינפרא אדום ולפיכך מאפשרים הולכה. 

 

Reflection – החזרה 


כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת בגוף, שלושה אפקטים שונים מתרחשים: העברה, ספיגה והחזרה. הפרופורציות היחסיות של אנרגיה מוקרנת שמוחזרת, נספגת או מועברת תלויות הן במאפייני החומר של הגוף והן באורך הגל. 

מקדם ההחזרה – דהיינו, הפרופורציות של הקרינה האלקטרומגנטית שמוחזרת על ידי הגוף – תלוי באורך הגל ומהווה בין היתר את הגורם של ראיית צבעים. כך למשל, היות והכלורופיל בצמחים סופג קרינה באורכי הגל האדומים והכחולים ומחזיר קרינה באורכי הגל הירוקים, צמחים נראים ירוקים. 

 

Infrared Temperature Measurement Technology – טכנולוגיית מדידת טמפרטורה באינפרא אדום


טכנולוגיית מדידת טמפרטורה באינפרא אדום היא שיטה של מדידת טמפרטורה ללא מגע. 

ישנם מספר סוגים של גלאי אינפרא אדום: טרמומטר, או פירומטר למדידה נקודתית, ומצלמות תרמיות אינפרא אדום לצורך בקרת טמפרטורה של אזורים גדולים יותר. 

הבחירה בגלאי הנכון תלויה במספר גורמים, כגון המרחק בין החיישן לעצם הנמדד ותנאי פני השטח. למשל, עקב המאפיינים הפיזיקליים של משטחי זכוכית, חומרים אלו נמדדים באמצעות חיישנים רגישים במיוחד. 

ביישומים תעשייתים רבים, טכנולוגיית מדידת טמפרטורה באינפרא אדום יכול להיות מיושמת רק באמצעות ציוד מקצועי לשמירה על רמות הדיוק ודרישות הבטיחות הנדרשות. 

 

 

Infrared Camera – מצלמת אינפרא אדום


מצלמת אינפרא אדום, או מצלמה תרמית, היא מכשיר אמצעי מדידת טמפרטורה ללא מגע למדידת עצם. עיצוב המכשיר דומה לזה של מצלמה רגילה. עם זאת בניגודה למצלמה רגילה, מצלמת אינפרא אדום לא פועלת על ידי בחינה של אור הנראה לעין. במקום זאת, היא בוחנת קרינת אינפרא אדום. 

בדומה לפירומטר, קרינת האינפרא אדום הנפלטת על ידי העצם הנמדד ממוקדת על ידי גלאי אינפרא אדום. בהשוואה למצלמות ויזואליות, למצלמות אינפרא אדום יש רזולוציה נמוכה משמעותית. הרזולוציה הסטנדרטית למצלמות אינפרא אדום תעשייתיות הינה 120X160, 320x240 ו640x480 פיקסלים. 

כתוצאה מכך, מצלמות אינפרא אדום מותאמות להציג הפרעות טמפרטורה או שינויי טמפרטורה על גבי אזורים גדולים יותר. 

על מנת לקבוע את טמפרטורת העצם, כושר פליטת האנרגיה (אמיסיביות) צריך להיות ידוע. המידה האפשרית לשדה מדידה נקבעת על ידי שדה הראייה. תמונות ממצלמת אינפרא אדום מוצגות בתצוגה של צבעים מלאכותיים, כאשר מגוון צבעים מייצגים טמפרטורות שונות. 


תמונה תרמוגרפית
תמונה תרמוגרפית של כלב. NASA/IPAC, Public domain, via Wikimedia Commons
 

Absorption – ספיגה


כאשר קרינה אלקטרומגנטית פוגעת בפני השטח, היא יכולה להיספג. ערך הספיגה תלוי בחומר, תנאי השטח, זווית ורמת הקרינה ותדירות הקרינה האלקטרומגנטית. 

רמת הקרינה יכולה להיות מוחזרת מפני השטח או לעבור דרך הגוף. במקרה של גוף שחור, לא מתרחשת החזרה או העברה. לפי חוק הקרינה של קירכהוף, עבור גוף המצוי באיזון תרמי: ספיגה = פליטה. 
 

Pyrometer – פירומטר


פירומטר הוא מכשיר למדידת טמפרטורה ללא מגע באינפרא אדום. הפירומטר נשען על ניתוח הקרינה האלקטרומגנטית המוקרנת מהעצם, אשר מעידה על הטמפרטורה של העצם עצמו. הקרינה האלקטרומגנטית ממוקדת באופן אופטי ומומרת באמצעות גלאי אינפרא אדום לאות חשמלי. 

שימוש בפירומטר מאפשר מדידה מהירה מאוד של טווח טמפרטורות רחב (ממינוס 250 מעלות צלזיוס לכ - 1800), ללא השפעה על האובייקט הנימדד וללא צורך במגע ישיר.

ישנם סוגים שונים של פירמוטרים:
  • Broadband pyrometer – פירומטר פס רחב: מדובר בטרמומטר אינפרא אדום שמאפשר מדידת טמפרטורה על פני טווח אורך גל רחב יותר. מכשירים מסוג זה מתאימים לשימושים תעשייתיים שונים. 
  • Partial radiation pyrometer – פירומטר עם קרינה חלקית: פירומטר שרגישות ספקטרום הקרינה שלו מוגבלת לטווח אורך גל ספציפי באמצעות פילטרים מתאימים. עקב טווח המוגבל לספקטרום הקרינה, ההשפעות האטמוספריות הגורמות להיחלשות האות הינן מינימליות והמדידה מדוייקת יותר. פירומטק זה מתאים למדידת טמפרטורה בעצמים בעלי אמיסיביות גבוהה.
  • Ratio pyrometer – פירומטר יחסי: פירומטר בעל שני ערוצי מדידה הנועד למדוד קרינה אינטנסיבית של שני טווחי אורך גל בעלי ריווח קרוב. באמצעי מדידה זה ניתן לצמצם הפרעות לאות כגון עשן או אבק.