Глубинная термография: Точное измерение внутренней температуры 3D материалов

Инженеры удаленно определили температуру под поверхностью определенных материалов с использованием новой техники, называемой глубинной термографией. Метод может быть полезен в приложениях, где традиционные температурные зонды не работают, как мониторинг производительности полупроводников или реакторов следующего поколения ядерной энергетики.

Многие температурные датчики измеряют тепловое излучение, большинство которого в инфракрасном спектре, исходящее от поверхности объекта. Чем горячее объект, тем больше излучения он испускает, что является основой для устройств вроде тепловизионных камер. Глубинная термография, однако, идет за поверхность и работает с определенным классом материалов, частично прозрачных для инфракрасного излучения.

Исследователи способны измерить спектр теплового излучения, испускаемого объектом, и использовать сложный алгоритм для вывода температуры не только на поверхности, но и под поверхностью — десятками до сотен микрон внутри.

Для проекта команда нагрела кусок плавленого кварца (тип стекла) и проанализировала его с помощью спектрометра. Затем они измерили показания температуры с различных глубин образца, используя вычислительные инструменты, которые они ранее разработали, в которых измерялось тепловое излучение от объектов, составленных из множественных материалов. Работая в обратном направлении, они использовали алгоритм для определения температурного градиента, наилучшим образом соответствующего экспериментальным результатам.

Это конкретное усилие было доказательством концепции. В будущей работе команда надеется применить технику к более сложным многослойным материалам и применить методы машинного обучения для улучшения процесса. В конечном счете они хотят использовать глубинную термографию для измерения полупроводниковых устройств для получения инсайтов в их температурные распределения при работе.

Этот тип 3D температурного профилирования также может использоваться для измерения и картографирования облаков высокотемпературных газов и жидкостей; например, в расплавленносолевых ядерных реакторах, где важно знать температуру соли по всему объему без использования температурных зондов, которые могут не выжить при 700 °C.