Ny metode måler temperaturen inden for 3D-objekter

Ingeniører fra University of Wisconsin-Madison har gjort det muligt eksternt at bestemme temperaturen under overfladen af ​​visse materialer ved hjælp af en ny teknik, de kalder dybdetermografi. Metoden kan være nyttig i applikationer, hvor traditionelle temperatursonder ikke virker, som overvågning af halvlederydelse eller næste generations atomreaktorer.

Mange temperatursensorer måler termisk stråling, hvoraf de fleste er i det infrarøde spektrum, kommer fra overfladen af ​​et objekt. Jo varmere objektet, jo mere stråling det udsender, hvilket er grundlaget for gadgets som termiske billedkameraer.

Dybde termografi, imidlertid, går ud over overfladen og arbejder med en bestemt klasse materialer, der er delvist gennemsigtige for infrarød stråling.

"Vi kan måle spektret af termisk stråling udsendt fra objektet og bruge en sofistikeret algoritme til at udlede temperaturen ikke kun på overfladen, men også under overfladen, titusindvis til hundredvis af mikron i, "siger Mikhail Kats, en UW-Madison professor i elektrisk og computerteknik. "Vi er i stand til at gøre det præcist og præcist, i hvert fald i nogle tilfælde. "

Kats, hans forskningsassistent Yuzhe Xiao og kolleger beskrev teknikken i foråret i tidsskriftet ACS Photonics .

Til projektet, holdet opvarmede et stykke smeltet silica, en glasart, og analyserede det ved hjælp af et spektrometer. De målte derefter temperaturmålinger fra forskellige dybder af prøven ved hjælp af beregningsværktøjer, der tidligere var udviklet af Xiao, hvor han beregnede den termiske stråling, der afgives fra objekter, der består af flere materialer. Arbejde baglæns, de brugte algoritmen til at bestemme den temperaturgradient, der bedst passede de eksperimentelle resultater.

Kats siger, at denne særlige indsats var et bevis på konceptet. I det fremtidige arbejde, han håber at anvende teknikken på mere komplicerede flerlagsmaterialer og håber at anvende maskinlæringsteknikker for at forbedre processen. Til sidst, Kats ønsker at bruge dybdetermografi til at måle halvlederanordninger for at få indsigt i deres temperaturfordelinger, mens de fungerer.

Det er ikke den eneste potentielle anvendelse af teknikken. Denne type 3D-profilering kan også bruges til at måle og kortlægge skyer af høj temperatur gasser og væsker.

"For eksempel, vi forventer relevans for atomreaktorer i smeltet salt, hvor du vil vide, hvad der foregår med hensyn til saltets temperatur i hele volumenet, "siger Kats." Du vil gøre det uden at stikke temperaturprober, der muligvis ikke overlever ved 700 grader Celsius i meget lang tid. "

Han siger også, at teknikken kan hjælpe med at måle termisk ledningsevne og optiske egenskaber for materialer uden behov for at fastgøre temperaturprober.

"Dette er en helt fjern, kontaktfri måde at måle materialers termiske egenskaber på en måde, som du ikke kunne gøre før, "Siger Kats.