Метод измерения температуры внутри трехмерных объектов

Инженеры дистанционно определили температуру под поверхностью определенных материалов, используя новый метод, называемый глубинной термографией. Этот метод может быть полезен в приложениях, где традиционные датчики температуры не работают, например при мониторинге характеристик полупроводников или ядерных реакторов следующего поколения.

Многие датчики температуры измеряют тепловое излучение, большая часть которого находится в инфракрасном спектре, исходящее от поверхности объекта. Чем горячее объект, тем больше излучения он излучает, что является основой для таких устройств, как тепловизионные камеры. Однако глубинная термография выходит за пределы поверхности и работает с определенным классом материалов, которые частично прозрачны для инфракрасного излучения.

Исследователи могут измерить спектр теплового излучения, испускаемого объектом, и использовать сложный алгоритм для определения температуры не только на поверхности, но и под поверхностью — от десятков до сотен микрон внутри.

Для проекта команда нагрела кусок плавленого кварца (разновидность стекла) и проанализировала его с помощью спектрометра. Затем они измерили показания температуры на разных глубинах образца, используя ранее разработанные вычислительные инструменты, в которых измерялось тепловое излучение, испускаемое объектами, состоящими из нескольких материалов. Работая в обратном направлении, они использовали алгоритм для определения температурного градиента, который лучше всего соответствует экспериментальным результатам.

Это конкретное усилие было доказательством концепции. В будущей работе команда надеется применить эту технику к более сложным многослойным материалам и применить методы машинного обучения для улучшения процесса. В конце концов, они хотят использовать глубинную термографию для измерения полупроводниковых устройств, чтобы получить представление об их распределении температуры во время их работы.

Этот тип трехмерного профилирования температуры также можно использовать для измерения и картирования облаков высокотемпературных газов и жидкостей; например, в ядерных реакторах с расплавленной солью, где важно знать температуру соли по всему объему без использования датчиков температуры, которые могут не выдержать 700 °C.