スペクトル分析が赤外線サーモグラフィを強化

August, 21, 2024, Houston--ヒューストン大学の電気・コンピュータ工学教授、Jiming Baoの研究室で開発された、光の連続スペクトルを測定する新しい方法は、撮影対象の被写体に直接触れることなく温度分布を測定および視覚化するために使用される技術であるサーマルイメージングと赤外線サーモグラフィを改善することを目的としている。

サーマルカメラや赤外線温度計は高感度であるため、遠くからでも正確に温度を測定し、軍事から医療診断まで、様々な分野で汎用性が高く貴重なツールとなっている。人間の目には見えない赤外線を検出し、可視画像に変換する。画像上の多様な色は様々な温度を表しているため、ユーザは熱のパタンや違いを確認できる。

アプリケーション
医療診断:炎症と血流不良の特定
建物検査:熱損失、断熱問題、水漏れの検出
軍事、セキュリティ、監視:視界の悪い状況で人や動物を見つける
機械的検査:過熱した機械や電気的な故障を見つける

いずれの手法も、物体が温度に基づいて赤外線を放出する黒体放射の原理(理論的には完全な放射体)に依存している。この放射線を捕捉することにより、ツールは様々な物体や環境の熱特性と挙動に関する貴重な洞察を提供する。

しかし、ヒューストンには問題がある
サーマルカメラと赤外線温度計は、実際の物体が熱放射をどれだけ効果的に放出するかの尺度であり、温度によって変化する放射率に依存して温度を決定するため、正確な測定値を提供できない。マルチスペクトル技術は、複数の波長で赤外線強度を測定することでこれに対処するが、その精度は放射率モデルに依存する。

ヒューストン大学の解決策
「われわれは、近赤外線分光計を使用して連続スペクトルを測定し、理想的な黒体放射式を使用してそれを適合させる技術を設計した。この手法には、温度と波長に依存する放射率を排除するための簡単なキャリブレーションステップが含まれている」とBaoはDevice誌で報告している。

Baoは、誤差が2℃未満の加熱ステージの温度を測定し、レーザ加熱下での触媒粉末の表面温度勾配を測定することにより、その技術を実証している。近赤外分光器を用いて、高温のターゲットからの熱放射を光ファイバで収集し、コンピュータで記録する。収集されたスペクトルは、システムキャリブレーション応答を使用して正規化され、温度を決定するために適合される。

「この技術は、ターゲットの放射率が未知のために従来のサーマルカメラや赤外線温度計が直面していた課題を克服し、強い光照明の下で埋設された熱電対によって測定されるものよりもはるかに高い光熱触媒の表面温度を明らかにする」(Bao)。

ハイライト
・単一波長およびマルチスペクトル温度計の限界を克服
・波長と温度に依存する放射率を排除するための簡単なキャリブレーション
・広い温度範囲で正確な温度測定
・レーザ加熱下での触媒粉末の巨大な温度勾配を明らかにした

「この技術は、ターゲットの放射率が不明であるため、従来のサーマルカメラや赤外線温度計が直面していた課題を克服し、強い光照明の下で埋設された熱電対によって測定されるものよりもはるかに高い光熱触媒の表面温度を明らかにする」とBaoは説明している。