又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

2020-07-05 博科園

科學家使用一種稱之為深度熱像儀的新技術，使得遠程確定某些材料表面以下的溫度成為可能。這種方法在傳統溫度探頭不起作用的應用中可能很有用，比如監測半導體性能或下一代核反應堆。許多溫度傳感器測量物體表面發出的熱輻射，其中大部分在紅外光譜中。物體越熱，發出的輻射就越多，這是熱成像相機等小玩意的基礎。

又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

然而，深度熱像儀超越了表面，它使用的是對紅外線部分透明的特定類別材料。威斯康星大學麥迪遜分校的電氣和計算機工程教授米哈伊爾·卡茨(Mikhail Kats)表示：我們可以測量物體發出的熱輻射光譜，並使用一種複雜的算法來推斷溫度，不僅是表面上的溫度，還包括幾十微米到數百微米表面下的溫度，我們能夠準確地做到這一點，至少在某些情況下是這樣，其研究發現發表在《ACS光子學》期刊上。

又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

在研究加熱了一塊熔融二氧化矽(一種玻璃)，並使用光譜儀對其進行了分析。然後使用之前開發的計算工具測量了樣品不同深度的溫度讀數，在這些工具中，計算了由多種材料組成物體發出的熱輻射，然後使用該算法來確定最符合實驗結果的溫度梯度。這一特別的努力研究是對概念的證明，在未來的研究中，研究人員希望將這項技術應用於更複雜的多層材料，並希望應用機器學習技術來改進這一過程。

遠程無需探頭

最終使用深度熱像儀來測量半導體器件，以深入了解它們在運行時的溫度分布。這並不是這項技術唯一的潛在應用，這種類型的三維溫度剖面，也可以用來測量和繪製高溫氣體和液體的雲圖。例如，研究預計與熔鹽核反應堆有關，在那裡你想知道整個體積內鹽的溫度發生了什麼，在不卡住溫度探頭的情況下做到這一點，因為溫度探頭在700攝氏度的溫度下存在時間不是很長。

又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

這項技術可以幫助測量材料的熱導率和光學特性，而不需要附加溫度探頭。這是一種完全遠程、非接觸式測量材料熱物性的方法，這是以前做不到的。這是一種基於紅外熱發射的深度熱成像技術，它可以遠程測量特定物體表面下的溫度分布。深度熱像儀利用目標物體半透明光譜區的熱發射光譜來提取其溫度作為深度的函數，而傳統熱像儀是使用光譜積分的熱發射功率來測量表面溫度。

又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

再加上二維成像，例如使用紅外高光譜相機或掃描單像素光譜儀，這種技術可以產生體積溫度分布。並在一個非對稱加熱的熔融石英窗口上進行了概念驗證實驗，提取了整個樣品的溫度分布。深度熱成像可以實現對微觀物體（如多層電子器件或液體和氣體的宏觀體積）的非接觸式體積溫度測量，以及同時對材料的光學和熱學性質進行全光學測量。

又一新技術誕生！不用探頭，實現遠程測量：物體材料內部的溫度

博科園｜研究/來自：威斯康星大學麥迪遜分校

參考期刊《ACS光子學》

DOI: 10.1021/acsphotonics.9b01588

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