Zobrazovanie teploty v mierke v reálnom čase pri nízkych nákladoch na základe pomeru intenzity žiarenia | vedecké správy

Zobrazovanie teploty v mierke v reálnom čase pri nízkych nákladoch na základe pomeru intenzity žiarenia | vedecké správy

Anonim

predmety

  • Zobrazovanie a snímanie
  • Optické senzory

abstraktné

Zobrazovanie teploty v reálnom čase s vysokým priestorovým rozlíšením je náročná úloha, ale aj úloha so širokým potenciálnym využitím. Na dosiahnutie tejto úlohy je kritický teplotný senzor. Fluorescenčné materiály sú vynikajúcimi kandidátmi vďaka svojej rýchlej reakcii a silnej závislosti od teploty. Doterajšie uvádzané techniky zobrazovania teploty s fluorescenčnými materiálmi sú však založené hlavne na skenovaní bod po bode, ktoré nemôže splniť požiadavku monitorovania v reálnom čase. Na základe pomeru fluorescenčnej intenzity (FIR) dvoch emisných pásiem SrB 4 O 7 : Sm 2+, ktorých priestorové rozloženie boli súčasne zaznamenávané dvoma kamerami so špeciálnymi filtrami osobitne, sa realizovalo snímanie teploty v reálnom čase s vysokým priestorovým rozlíšením s nízkym priestorovým rozlíšením. náklady. Rozlíšenie teploty môže dosiahnuť asi 2 ° C v teplotnom rozmedzí od 120 do 280 ° C; priestorové rozlíšenie je približne 2, 4 μm a zobrazovací čas je taký rýchly ako jedna sekunda. Po prijatí tohto systému sme pozorovali dynamickú zmenu distribúcie tepla v mikrozásobníku na doske plošných spojov (PCB). Rôzne aplikácie a lepší výkon by sa v tomto systéme mohli dosiahnuť pomocou vhodných fluorescenčných materiálov a vysoko citlivých detektorov CCD podľa experimentálneho prostredia.

úvod

Teplota je základným parametrom vo vedeckom výskume aj v priemyselnej výrobe. Priestorové tepelné rozloženie a jeho vývoj v čase sú veľmi dôležité informácie v mnohých oblastiach, ako sú mikro / nanoelektronika, integrovaná fotonika, biomedicína a veda o materiáloch 1, 2, 3, 4, 5, 6 . Napríklad v biomedicíne, pomocou monitorovania teploty v reálnom čase s vysokým rozlíšením, by bolo možné pri tepelnom ošetrení zhubných nádorov udržiavať minimálne kolaterálne poškodenie 6, 7 . V mikro / nanoelektronike by bolo zobrazovanie teploty v reálnom čase s vysokým priestorovým rozlíšením tiež účinným nástrojom na vyhľadávanie horúcich miest v integrovaných obvodoch počas prevádzky, čo sa vyžaduje pri zmene konštrukcie 2, 8, 9 .

Vo vyššie uvedených aplikáciách je snímanie teploty často žiaduce, keď potrebujeme získať priestorové tepelné rozloženie. Aj keď sa na zobrazovanie teploty používalo veľa typov tepelných senzorov, ako napríklad elektrický tepelný senzor a fluorescenčný tepelný senzor, v čase odozvy môžu merať iba miestnu teplotu bodu mikrometer / nanometer 6, 8, 9, 10, 11 12, 13 . Aby sa teda dosiahlo rozloženie priestorovej teploty vo väčšom meradle, musí sa senzor pohybovať mechanickým zariadením, aby sa dosiahlo bodové skenovanie. Výsledkom procesu skenovania je však veľmi nízka celková rýchlosť zobrazovania, čo znemožňuje monitorovať dynamickú zmenu tepelného rozloženia. Jedným z možných riešení tohto problému je dvojrozmerné pole mikro termočlánkov, ale jeho aplikácie sú stále obmedzené mnohými značnými ťažkosťami v postupe výroby mikrotechnológií 14 .

Účinnejšou technikou zobrazovania teploty v reálnom čase je infračervená termometria založená na kalibrácii žiarenia čierneho tela emitovaného z objektu. Aj keď táto metóda môže dosiahnuť distribúciu priestorovej teploty v reálnom čase, jej priestorové rozlíšenie nie je lepšie ako 10 μm, čo je prirodzene obmedzené použitím žiarenia s dlhou vlnovou dĺžkou 15, 16, 17 .

Aby sa dosiahlo zobrazovanie teploty v reálnom čase s lepším priestorovým rozlíšením, navrhujeme systém založený na optickom zobrazovaní a ako ukazovateľ závislosti od teploty používame pomer intenzity fluorescencie (FIR). Fluorescenčné materiály majú mnoho charakteristík závislých od teploty, ako je intenzita fluorescencie, anizotropia fluorescenčnej polarizácie, životnosť fluorescencie a FIR 1, 2, 3, 6, 8, 9, 12, 13, 18, 19, 20 . Medzi vyššie uvedenými charakteristikami závislými na teplote môžu intenzita fluorescencie a FIR dosiahnuť optické snímanie jedným záberom. Intenzita fluorescencie je napriek tomu citlivá na vonkajšie poruchy počas detekčného procesu, ako je kolísanie množstva žiariča, sila zdroja excitačného svetla a strata fluorescencie. Naproti tomu FIR a fluorescenčná životnosť majú vysokú presnosť kvôli schopnosti eliminovať uvedené poruchy. Životnosť fluorescencie však nemôže spĺňať požiadavku zobrazovania teploty v reálnom čase. Ako je uvedené v ref. 6, metóda tepelného zobrazovania založená na životnosti fluorescencie vyžaduje spoľahlivú techniku ​​na zaznamenávanie kriviek rozkladu fluorescencie, ako je časovo korelované počítanie jednotlivých fotónov, čo je komplikované a tiež príliš časovo náročné na dosiahnutie zobrazovania teploty v reálnom čase. Naopak, meranie dvoch emisných pásiem FIR sa dá ľahko vykonať jednoducho použitím dvoch kamier s požadovanými filtrami a rozdelením lúčov. Preto FIR vyniká ako charakteristika vhodná pre rýchle optické zobrazenie a presné meranie bez rušenia. Inšpirovali sme sa preto, aby sme vytvorili systém, v ktorom sa zaznamenávajú informácie o priestorovo rozloženej intenzite dvoch spektrálnych pásov a potom sa spracúvajú, aby sa získalo tepelné rozloženie, čo sa rovná tomu, že táto metóda môže zmerať mikroskopické detaily tepelného systému a makroskopické rozloženie tepelný systém v reálnom čase.

V tejto práci sme ako teplotnú sondu prijali fluorescenčný materiál dopovaný vzácnou zeminou SrB 4 O 7 : Sm 2+ s vysokou teplotnou citlivosťou, a preto sme vyvinuli systém zobrazovania teploty v mikro mierke v reálnom čase založený na FIR dvoch emisných pásiem, ktorých priestorové rozdelenie boli zaznamenané súčasne dvoma kamerami so špeciálnymi filtrami osobitne. Vzťah medzi FIR a teplotou sa kalibroval a vyhodnotila sa neistota nameranej teploty. Aby sme otestovali výkonnosť systému, pozorovali sme stabilný stav a dynamickú zmenu distribúcie tepla v mierke na fungujúcej PCB.

Materiály a metódy

Fluorescenčný materiál

Bolo uvedené, že fluorescencia SrB4O7: Sm2 + je silne závislá od teploty 21 . Intenzita emisií pochádzajúcich z elektrického dipólového prechodu Sm2 + medzi energetickými hladinami konfigurácie 4f5 5d1 a 4f6 sa zvyšuje s teplotou, zatiaľ čo intenzita emisií pochádzajúcich z vnútorného prechodu z konfigurácie 5Do v konfigurácii 4f6 klesá s teplotou, čo má za následok dramatickú teplotnú závislosť FIR. SrB 4 O 7 : Sm2 + sa môže excitovať ultrafialovým svetlom okolo 365 nm s vysokou luminiscenčnou účinnosťou, takže je možné vyhnúť sa možnému laserom indukovanému zahrievaniu, ktoré vedie k menšiemu narušeniu pôvodného teplotného poľa. Na porovnanie je účinok zahrievania zvyčajne veľmi závažný pre materiály na konverziu, ktoré sú excitované blízkymi infračervenými lasermi 20 . Fluorescenčný materiál SrB4O7: Sm2 + má tiež vynikajúcu tepelnú a chemickú stabilitu, a preto ho možno použiť pri teplote až 500 ° C aj v drsnom prostredí.

SrB4O7: 5% Sm2 +, fluorescenčný materiál, ktorý sme použili v tomto experimente, bol syntetizovaný reakciou v tuhom skupenstve. V procese prípravy sa ako východiskové materiály použili SrC03, H3B03 a Sm203 a zvážili sa v správnom stechiometrickom pomere. Po rozomletí v achátovej trecej miske bol prášok predhriaty na 750 ° C počas 5 hodín. Aby sa získal konečný produkt, získaná zmes sa potom jemne rozdrvila na prášok a zahrievala sa na teplotu 850 ° C v redukčnej atmosfére počas 10 hodín. Kryštalická fáza a stredná veľkosť kryštalickej vzorky sa identifikovali pomocou rôntgenového difrakčného merania (MAC Science Co. Ltd. Mxp18.AHF, Tokio, Japonsko), s niklovým filtrom Cu Ka žiarením v rozmedzí 29 = 10 ° -70 °. Veľkosť zrna vzorky sa odhaduje na približne stovky nanometrov podľa Scherrerovho vzorca a má významný vplyv na prenos tepla a priestorové rozlíšenie v experimente. Ak je veľkosť zŕn príliš nízka, bude prenos tepla z dolného povrchu na horný povrch vrstvy SrB4O7: Sm2 + veľmi pomalý. Ak je však veľkosť zŕn príliš veľká, priestorové rozlíšenie snímania teploty bude obmedzené. Takže veľkosť zŕn približne stoviek nanometrov je vhodná pre náš experimentálny stav.

Obrázok la znázorňuje fotoluminiscenčné spektrá fluorescenčného materiálu excitovaného 365 nm ultrafialovým svetlom pri teplote 120, 200 a 280 ° C. Senzorickým signálom v našom experimente je FIR emisného pásma od 5d (označené ako IA ) so stredom okolo 585 nm až po emisné vrcholy od 5Do (označené ako IB ) umiestnené okolo 684 nm. Keď sa dosiahne tepelná rovnováha, spoločnosť FIR by sa mala riadiť Boltzmannovým zákonom:

Image

a ) Fotoluminiscenčné spektrá fluorescenčného materiálu boli excitované 365 nm ultrafialovým svetlom pri teplote 120, 200 a 280 ° C. b ) Náčrt experimentálnej zostavy.

Obrázok v plnej veľkosti

Image

Kde ∆ E predstavuje efektívne oddelenie energie úrovní emisií, k je Boltzmannova konštanta a T je absolútna teplota.

Experimentálne nastavenie

Celý systém v našom experimente je postavený na fluorescenčnom mikroskope. Objekt, ktorý sa mal zmerať, sa umiestnil na platformu mikroskopu. Fluorescenčný materiál, teplotná sonda v našom systéme, bol rovnomerne a priamo pritlačený na povrch predmetu s hrúbkou asi 50 μm. Tento priamy kontakt medzi objektom a teplotnou sondou môže zabrániť artefaktom súvisiacim s kontaktom uvádzaným v skenovacej termálnej mikroskopii 22 . Ďalšou výhodou tohto spôsobu je to, že umožňuje sledovanie rozloženia teploty v reálnom čase, pretože každý bod v teplotnom poli je pokrytý teplotnou sondou, a preto môže byť pozorovaný súčasne. Fluorescenčný materiál bol excitovaný 365 nm svetlom filtrovaným zo 100 W ortuťovej výbojky. Fluorescencia emitovaná z materiálu sa potom rovnomerne rozdelila na dva lúče, oddelene prechádzajúce cez zodpovedajúce filtre, filter s krátkym vlnením (SP) pri 590 nm a filter s dlhým vlnením (LP) pri 650 nm. Potom boli fluorescenčné signály v dvoch optických dráhach zaznamenané dvoma 1, 3 miliónmi pixelovými monochromatickými kamerami CMOS s veľkosťou pixelov 5, 2 μm x 5, 2 μm, nasledovalo ďalšie spracovanie obrazu, aby sa získali snímky FIR. Obrázok 1b zobrazuje náčrt experimentálneho nastavenia.

Spracovanie obrazu

V dôsledku chyby v optických dráhach bol pozorovaný mierny rozdiel medzi dvoma obrazmi súčasne zaznamenanými dvoma fotoaparátmi, čo je nevyhnutné a nemožné odstrániť pomocou manuálneho nastavenia. Tento rozdiel však môže významne ohroziť presnosť, pretože výpočet FIR každého pixelu je založený na predpoklade, že dva zodpovedajúce pixely na rôznych kamerách odrážajú fyzicky rovnaký bod. Na vyriešenie problému je ideálnym riešením nájsť geometrickú transformáciu medzi snímkami získanými z dvoch kamier. Ak sa potom transformácia aplikuje do každého obrazového rámca, môže sa eliminovať chyba v optických cestách. Za týmto účelom sme najskôr identifikovali charakteristické body na dvoch obrázkoch pomocou algoritmu 23, 24 S Scat-Invariant Feature Transform (SIFT), čo je efektívny spôsob identifikácie kľúčových bodov v spracovaní obrazu. Potom sme podľa podobnosti ich znakov (menovite vzdialenosť medzi vektormi kľúčových bodov v SIFT) zhodovali sme body, z ktorých bolo vybratých N = 30 najlepších zhôd. Pomocou týchto zhodných bodov sme odvodili transformačný vzťah medzi dvoma obrázkami z hľadiska rotácie, prekladu a mierky. V tomto experimente boli parametre vybrané tak, aby smerodajná odchýlka (σ) zhodných bodov dosiahla minimum, ktoré je vyjadrené ako

Image

kde

Image
je súradnica i. bodu v transformovanom obrázku a
Image
je súradnica zhodného bodu na obrázku, ktorý sa má pripevniť. Výsledkom je σ = 0, 69 pixelu. Účinok zarovnania je znázornený na obr. 2. Berúc na vedomie, že presnosť zisťovania bodu funkcie je obmedzená operáciou zaokrúhľovania potom, ako získame umiestnenie bodov funkcie. V procese zaokrúhľovania musí byť dvojitý dátový typ umiestnenia bodu funkcie skonvertovaný na celočíselný dátový typ pre výstup obrazu, čo vedie k maximálnej chybe 0, 5 pixla pre os x aj os y. Vzdialenosť dvoch čŕt teda môže mať maximálnu chybu 1 pixel pre os x aj os y. Preto je odchýlka okolo 1 pixla primeraná. Po transformácii bola teplota každého pixelu odvodená z priameho kvocientu dvoch obrazov.

Image

( a, b ) Dva zaznamenané originálne snímky vrstvy fluorescenčného materiálu nanesené na medený blok, s charakteristickými bodmi a výsledkom porovnania (pre prehľadnosť sú zobrazené iba 3 zhody). Kríže na dvoch obrázkoch spojené zelenými čiarami ukazujú zhodný výsledok, zatiaľ čo súradnice modrých kruhov na pravom obrázku sú rovnaké ako súradnice červených kriviek na ľavom. ( c, d ) Dva obrázky po transformácii sa na pravom obrázku zobrazujú iba modré krúžky s rovnakými súradnicami červených krížikov na ľavom obrázku. Čierna oblasť na pravom obrázku pochádza zo straty údajov spôsobenej transformáciou.

Obrázok v plnej veľkosti

Výsledky a diskusia

Na meranie teploty je potrebné najprv kalibrovať vzťah medzi FIR a teplotou. Rovnomerné a stabilné teplotné pole sa získalo na medenom bloku, ktorého teplota bola regulovaná regulátorom teploty Omron E5CC s termočlánkom typu K a vyhrievacou trubicou. Predpokladali sme, že teplotné pole povrchu by malo byť stabilné a rovnomerné, ak teplota medeného bloku zostane stabilná najmenej 10 minút. Keď bola táto požiadavka splnená, súčasne sme urobili jednu fotografiu s každou kamerou, pričom sme zaznamenali intenzitu dvoch emisných pásiem. Po nevyhnutnej transformácii fotografií boli FIR z každého pixelu odvodené z priameho kvocientu dvoch fotografií. V dôsledku chýb materiálu, nedokonalosti zarovnania obrazu a kolísania termodynamického systému sa FIR menil v malom rozsahu. Presnosť, ktorá opisuje reprodukovateľnosť merania, sa preto môže definovať ako relatívna smerodajná odchýlka distribúcie.

Obrázky FIR boli merané v teplotnom rozmedzí od 120 do 280 ° C s krokom 10 ° C. Na testovanie systematickej stability boli uskutočňované oba postupy stúpania a klesania teploty. Priemerné hodnoty FIR pri rôznych teplotách sa vypočítali z získaných snímok FIR zodpovedajúcim spôsobom a sú uvedené v tabuľke 1. Pri každom meraní sme pozorovali hodnotu FIR približne jednu minútu. Kolísanie FIR bolo všeobecne pod 2%, čo viedlo k kolísaniu teploty pod 1, 2 ° C. Ako sme diskutovali predtým, vzťah medzi FIR a teplotou nasleduje ekv. (1). Takže prirodzený logaritmus FIR, ln ( FIR ), by mal mať lineárny vzťah k -1 / T a sklon bude ∆ E / k . Experimentálne údaje veľmi dobre nasledujú rovnicu, ako je znázornené na obr. 3. ∆E / k sa umiestnil ako 4831 ± 29 K pri vzostupnom postupe a 4850 ± 36 K pri zostupnom postupe. Takéto podobné výsledky by mali vylúčiť existenciu hysterézneho účinku v materiáli. V porovnaní s najčastejšie používanou teplotnou sondou Er 3+ s ∆ E / k približne 1 000 K je weE / k teplotnej sondy SrB4O 7 : Sm 2+, ktorú sme použili, oveľa väčšia, čo vedie k lepšiemu rozlíšenie teploty.

Tabuľka v plnej veľkosti

Image

Experimentálne údaje FIR pri rôznych teplotách a výsledku montáže s ekv. (1).

Obrázok v plnej veľkosti

Distribúcia hustoty frekvencie ln ( FIR ) pri rôznych teplotách v rozsahu od 120 do 280 ° C je znázornená na obrázku 4a. So zvyšujúcou sa teplotou postupne stúpa stred ln ( FIR ). Vypočítajú sa štandardné odchýlky FIR pri rôznych teplotách a ukazujú postupné zvyšovanie teploty s teplotou uvedenou v tabuľke 1. Aby sa vyhodnotila presnosť merania, relatívna štandardná odchýlka distribúcie FIR sa získala delením štandardnej odchýlky priemerná hodnota FIR. Relatívne štandardné odchýlky pri rôznych teplotách sú tiež uvedené v tabuľke 1 a pre všetky teploty sú okolo 4%.

Image

a ) Frekvenčná hustota prírodného logaritmu FIR pri rôznych teplotách od 120 ° C do 280 ° C s krokom 10 ° C. Pretože FIR sa s teplotou zvyšuje, krivky zľava doprava zodpovedajú teplotám od 120 do 280 ° C. b ) Zmena relatívnej citlivosti na teplotu s teplotou.

Obrázok v plnej veľkosti

Relatívna citlivosť na teplotu je jedným z kľúčových parametrov na určenie teplotného rozlíšenia systému a môže byť definovaná nasledovne.

Image

Podľa predchádzajúceho výsledku je hodnota ∆ E / k pre naše experimentálne údaje stanovená na 4831 K, takže relatívna teplotná citlivosť sa môže vypočítať podľa toho. Zmena relatívnej citlivosti na teplotu s teplotou v rozsahu od 120 do 280 ° C je uvedená na obrázku 4b. Relatívna teplotná citlivosť môže pri nízkej teplote dosiahnuť až 3, 0% K −1 a pri vysokej teplote je stále vyššia ako 1, 0% K −1, čo je lepšie ako pri väčšine materiálov 18, 19, 20, 25 .

Odvodením ekv. (3) sme vyhodnotili teplotné rozlíšenie nášho systému. Rozlíšenie teploty môže súvisieť s neistotou nameranej teploty ( UT ), ktorá je vyjadrená nasledovne.

Image

Podľa tohto vzorca sme odvodili teplotné rozlíšenie nášho systému nahradením neistoty FIR ( U FIR ) štandardnou odchýlkou. Získané rozlíšenia pri rôznych teplotách sú uvedené v tabuľke 1. Vidíme, že rozlíšenia pri rôznych teplotách sú okolo 2 K, čo by bolo dosť presné na použitie v mikro / nanoelektronike. Neistota merania FIR do značnej miery určuje rozlíšenie teploty. Ak sa použije vysoko citlivý zobrazovací CCD s veľkým dynamickým rozsahom, presnosť merania FIR sa môže zvýšiť na lepšiu ako 0, 5% a rozlíšenie sa môže zodpovedajúcim spôsobom zvýšiť na približne 0, 2 K.

Aby sme demonštrovali výkon systému, vybrali sme ako predmet, ktorý sa má merať, časť obvodu so šírkou 140 μm na DPS pracujúcom pri jednosmernom prúde 5, 3 A, pričom sme chceli pozorovať ostré tepelné rozdelenie spôsobené Jouleovým teplom. Úplný obrázok PCB je znázornený na obr. 5a, kde plocha, ktorú sme pozorovali pod mikroskopom, je označená červeným krúžkom. Obrázok šedej stupnice obvodu v obehovej oblasti, zaznamenaný kamerami pod mikroskopom, je znázornený na obr. 5b. Mierka stupnice v pravom dolnom rohu predstavuje 100 μm. Po pokrytí povrchu obvodu rovnomernou vrstvou fluorescenčného materiálu sa zaznamenalo tepelné rozloženie obvodu.

Image

a ) Obrázok DPS vo veľkom meradle so sledovanou oblasťou zakrúžkovanou. b ) Pôvodný monochromatický obraz obvodu. Mierka stupnice v pravom dolnom rohu predstavuje 100 μm.

Obrázok v plnej veľkosti

Tepelné rozloženie zaznamenané po dosiahnutí tepelnej rovnováhy je znázornené na obr. 6a, kde je zrejmá zrejmá horúca zóna pozdĺž okruhu podľa očakávania. Ďalej sa zdá, že časť obvodu v pravom hornom rohu má širšiu horúcu zónu v porovnaní so zónou v ľavom dolnom rohu. Predpokladá sa, že je to dôsledok menšej šírky okruhu v pravom hornom rohu, čo vedie k väčšiemu odporu a vyššej emisii tepla na jednotku dĺžky. Na presnejšie pozorovanie teploty je rozloženie teploty pozdĺž prerušovanej čiary na obrázku 6a nakreslené na obrázku 6b. Okolo okruhu môžeme pozorovať asymetrickú krivku, pričom pravá strana s pixelom dramaticky klesá. To možno vysvetliť asymetrickou štruktúrou obvodu. Ľavá strana rohu slúži na odvádzanie väčšieho množstva tepla do ľavého horného úseku, čo vedie k miernejšiemu poklesu na ľavej strane krivky.

Image

a ) Tepelné rozloženie obvodu pracujúceho s jednosmerným prúdom 5, 3 A. Mierka stupnice v pravom dolnom rohu predstavuje 100 μm (pre prehľadnosť bola nakreslená čiara obvodu). ( b ) Rozloženie teploty pozdĺž prerušovanej čiary na obrázku 6a. Šedý obdĺžnik označuje polohu obvodu.

Obrázok v plnej veľkosti

Je veľmi zložité diskutovať o priestorovom rozlíšení v našom systéme, pretože špecifické priestorové rozlíšenie merania závisí od zväčšenia mikroskopu. Ale limitujúce rozlíšenie je teoreticky obmedzené iba difrakčným limitom. V experimente je plocha, ktorú sa snažíme monitorovať, asi 1 mm x 2 mm. Aby sme zabezpečili dostatočné zorné pole, museli sme ako zväčšenie zvoliť štvornásobok, ktorý utrpel pokles priestorového rozlíšenia. Pre dobre zaostrený jasný obraz získaný kamerou s optickým zariadením by sa priestorové rozlíšenie mohlo odhadnúť na jeden pixel. Sprievodná chyba vyrovnania σ definovaná v ekv. (2) v prípade nášho experimentu by bolo možné priestorové rozlíšenie nášho obrazu zhruba odhadnúť na

Image
ako optické zväčšenie 2, 4 pixelov pod štvornásobkom.

Dynamická zmena tepelného poľa na obvode pracujúcom s jednosmerným prúdom 5, 3 A je znázornená na obr. 7, kde je možné pozorovať proces vytvárania tepelného poľa. Časové rozlíšenie je obmedzené časom expozície kamery, ktorý bol v našom experimente nastavený na 1, 1 sekundy kvôli nízkej úrovni signálu emisného pásma okolo 585 nm v teplotnom rozsahu, ktorý sme zmerali. Preto, ak je požiadavka časového rozlíšenia vyššia, zlepšenie možno ľahko dosiahnuť zvýšením signálu s výkonnejším svetelným zdrojom alebo vysoko citlivým zobrazovacím CCD, ako je napríklad elektrónový multiplikačný CCD (EMCCD) a zosilnený CCD (ICCD), ktorý má schopnosť dosiahnuť časové rozlíšenie až do niekoľkých nanosekúnd.

Image

Okruh bol prevádzkovaný s jednosmerným prúdom 5, 3 A, kde t = 0 s predstavuje čas, keď je prúd zapnutý. ( a - f ) Tepelné distribúcie pri t = 0, 1, 1, 4, 2, 9, 5, 15, 8 a 59, 8 s. Mierka stupnice v pravom dolnom rohu predstavuje 100 μm.

Obrázok v plnej veľkosti

závery

Na základe FIR dvoch emisných pásiem sme postavili lacný termovízny zobrazovací systém s fluorescenčným mikroskopom, dvoma filtrami a dvoma kamerami, aby sme splnili požiadavku dobrého priestorového, časového a tepelného rozlíšenia na zobrazovanie v mierke v mierke v reálnom čase., Teplota každého bodu je odvodená od pomeru intenzity dvoch pixelov v rovnakom bode na dvoch fotografiách. Fluorescenčná intenzita dvoch pixelov je súčasne zaznamenávaná dvoma fotoaparátmi s rôznymi filtrami. Kalibrovali sme vzťah medzi FIR a teplotou a vyhodnotili sme rozlíšenie teploty. Potom sme získali sériu časom sa vyvíjajúcich tepelných obrazov prevádzkového obvodu plošných spojov, kde sa pozoroval proces zriaďovania výrazného tepelného rozloženia okolo obvodu. Výsledky ukázali dobré priestorové a časové rozlíšenie systému. Výkon systému je možné ľahko zvýšiť zvýšením signálu pomocou výkonnejšieho zdroja svetla alebo vysoko citlivého zobrazovacieho CCD pre presnejšie meranie, ak sú vysoké náklady prijateľné.

Ďalšie informácie

Ako citovať tento článok : Xiong, J. et al . Zobrazovanie teploty v mierke v reálnom čase pri nízkych nákladoch na základe pomeru intenzity žiarenia. Sci. Rep. 7, 41311; doi: 10, 1038 / srep41311 (2017).

Poznámka vydavateľa: Springer Nature zostáva neutrálny, pokiaľ ide o nároky na jurisdikciu v uverejnených mapách a inštitucionálne pridruženie.

Komentáre

Odoslaním komentára súhlasíte s tým, že budete dodržiavať naše zmluvné podmienky a pokyny pre komunitu. Ak zistíte, že je niečo urážlivé alebo nie je v súlade s našimi podmienkami alebo pokynmi, označte ho ako nevhodné.