Methode meet de temperatuur binnen 3D-objecten

Ingenieurs hebben op afstand de temperatuur onder het oppervlak van bepaalde materialen bepaald met behulp van een nieuwe techniek die dieptethermografie wordt genoemd. De methode kan nuttig zijn in toepassingen waar traditionele temperatuursondes niet werken, zoals het monitoren van de prestaties van halfgeleiders of kernreactoren van de volgende generatie.

Veel temperatuursensoren meten thermische straling, waarvan de meeste in het infraroodspectrum, afkomstig van het oppervlak van een object. Hoe heter het object, hoe meer straling het uitstraalt, wat de basis is voor apparaten zoals warmtebeeldcamera's. Dieptethermografie gaat echter verder dan het oppervlak en werkt met een bepaalde klasse materialen die gedeeltelijk transparant zijn voor infraroodstraling.

De onderzoekers zijn in staat om het spectrum van thermische straling die door het object wordt uitgezonden te meten en een geavanceerd algoritme te gebruiken om de temperatuur af te leiden, niet alleen aan het oppervlak maar ook onder het oppervlak - tientallen tot honderden microns binnenin.

Voor het project heeft het team een ​​stuk gesmolten silica (een soort glas) verwarmd en geanalyseerd met een spectrometer. Vervolgens maten ze temperatuurmetingen van verschillende diepten van het monster met behulp van eerder ontwikkelde rekentools waarin de thermische straling die werd afgegeven door objecten die uit meerdere materialen bestonden, werd gemeten. Ze werkten achteruit en gebruikten het algoritme om de temperatuurgradiënt te bepalen die het beste bij de experimentele resultaten past.

Deze bijzondere inspanning was een proof of concept. In de toekomst hoopt het team de techniek toe te passen op meer gecompliceerde meerlaagse materialen en machine learning-technieken toe te passen om het proces te verbeteren. Uiteindelijk willen ze dieptethermografie gebruiken om halfgeleiderapparaten te meten om inzicht te krijgen in hun temperatuurverdelingen terwijl ze werken.

Dit type 3D-temperatuurprofilering kan ook worden gebruikt om wolken van gassen en vloeistoffen met een hoge temperatuur te meten en in kaart te brengen; bijvoorbeeld in gesmolten-zout kernreactoren waar het belangrijk is om de temperatuur van het zout door het hele volume te kennen zonder temperatuursondes te gebruiken die mogelijk niet overleven bij 700 °C.