หลักการเกี่ยวกับกล้องถ่ายภาพความร้อน

THERMAL IMAGING CAMERA

---

กล้องถ่ายภาพความร้อน อาศัยหลักการทำงานของรังสีอินฟราเรด โดยกล่าวความเป็นมาของรังสีพอสังเขปได้ดังต่อไปนี้ รังสีอินฟราเรด (Infrared, IR) มีชื่อเรียกอีกชื่อว่า Sir Frederick William Herschel ตัวเขาเองเกิดที่ประเทศเยอรมัน พอเติบโตก็ได้ย้ายไปอาศัยอยู่ที่ประเทศอังกฤษนับแต่นั้นเป็นต้นมา ซึ่งได้ค้นพบรังสีอินฟราเรดสเปกตรัม (Infrared Spectrum) ในปี ค.ศ.1800 โดยทำการทดลองวัดอุณภูมิของแถบสีต่างๆ ที่เปร่งออกมาเป็นสีรุ้งจากปริซึม และพบว่าอุณภูมิจะเพิ่มขึ้นตามลำดับและสูงสุดที่แถบสีสีแดง ในความเป็นจริงนั้นการที่เขาเลื่อนเทอร์โมมิเตอร์จากแถบสีที่ไม่สว่างไปยังแถบสี สีแดงซึ่งเป็นแถบสีที่สิ้นสุดของสเปกตรัมและอุณภูมิสูงขึ้นเป็นลำดับ ซึ่งขอบเขตดังกล่าวนี้เรียกว่า "อินฟราเรด" มีขอบเขตที่ต่ำกว่าแภบสีแดงหรือ รังสีใต้แดง แสดงดัง รูปที่ 2

รูปที่ 1	รูปที่ 2

ความยาวคลื่นและสเปกตรัมของรังสีต่างๆ (Wavelength and Electromagnetic Spectrum)

ความยาวคลื่นของรังสีต่างๆ นั้นได้แสดงไว้ดังรูปที่ 2 แล้วจะเห็นได้ว่ารังสีอินฟราเรด (IR) จะมีความยาวคลื่นตั้งแต่ 0.7 um จนถึง 1000 um จะแบ่งย่อยเป็นช่วงของความสำคัญตามด้านล่าง กล้องถ่ายภาพความร้อนโดยทั่วไปแล้ว จะใช้ช่วงความยาวคลื่นอยู่ที่ Long Wave เพราะราคาถูก ส่วนแบบ Shot Wave จะมีราคาสูงเนื่องจากใช้งานเฉพาะด้าน เช่น ตรวจวัดการรั่วไหลของแก๊ส LPG ใช้วัดทะลุสิ่งทึบถังบรรจุหรือดูสารของเหลวที่อยู่ภายในสิ่งทึบได้

1. ช่วง Near IR ความยาวคลื่น 0.7 µm จนถึง 1.7 µm
2. ช่วง Shot Wave (Mid Wave) ความยาวคลื่น 2 µm จนถึง 5 µm
3. ช่วง Long Wave ความยาวคลื่น 7.5 µm จนถึง 14 µm
4. ช่วง Extreme Infrared ความยาวคลื่น 15 µm จนถึง 1000 µm

---

กฏของสเตฟราน (Stefan-Boltzmann's Law)

(W/m² การคำนวณการแผ่รังสีพลังงานความร้อน
W = σT⁴ (W/m²) สำหรับ Black Body
W = ∑σT⁴ (W/m²) สำหรับ Real Body

การแผ่พลังงานรังสีอินฟราเรดของวัตถุ

รูปที่ 3 แสดงการถ่ายเทพลังงานคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ของวัตถุในรูปแบบรังสีอินฟราเรด จะได้สมการดังนี้ r + t + a = 1

กฏของ Kirchhoff's Law of Themal Radiation E = a

เมื่อวัตถุอยู่ในสภาวะแวดล้อมที่สมดุล การแผ่พลังงานของรังสีอินฟราเรดของวัตถุจะมีค่าเท่ากับปริมาณที่ดูดกลืน เป็นผลให้วัตถุที่สามารถดูดกลืนรังสีได้ดีก็จะแผ่รังสีได้ดีด้วย
a = (Absorptivity) ความสามารถดูดกลืนรังสีของวัตถุ
E = (Emissivity) ความสามารถการแผ่รังสีของวัตถุ