Diepte Thermografie: Nauwkeurige Interne Temperatuurmeting voor 3D Materialen

Ingenieurs hebben op afstand de temperatuur onder het oppervlak van bepaalde materialen bepaald met een nieuwe techniek genaamd diepte thermografie. De methode kan nuttig zijn in toepassingen waar traditionele temperatuursonden niet werken, zoals het monitoren van semiconductorprestaties of next-generation kernreactoren.

Veel temperatuursensoren meten thermische straling, waarvan het merendeel in het infraroodspectrum zit, afkomend van het oppervlak van een object. Hoeter het object, hoe meer straling het emiteert, wat de basis is voor apparaten zoals thermische imaging camera's. Diepte thermografie gaat echter verder dan het oppervlak en werkt met een bepaalde klasse materialen die deels transparant zijn voor infraroodstraling.

De onderzoekers zijn in staat om het spectrum van thermische straling die door het object wordt geëmiteerd te meten en een gesofistikeerd algoritme te gebruiken om de temperatuur af te leiden, niet alleen op het oppervlak maar ook onder het oppervlak — tientallen tot honderden micron diep.

Voor het project verhitte het team een stuk gegoten silica (een type glas) en analyseerde het met een spectrometer. Vervolgens maatten ze temperatuuraflezingen op verschillende diepten van het monster met computationele tools die ze eerder hadden ontwikkeld waarin de thermische straling die afging van objecten samengesteld uit meerdere materialen werd gemeten. Terugwerkend gebruikten ze het algoritme om de temperatuurgradient te bepalen die het beste paste bij de experimentele resultaten.

Deze specifieke inspanning was een proof-of-concept. In toekomstig werk hoopt het team de techniek toe te passen op meer gecompliceerde meerlagige materialen en machine learning technieken toe te passen om het proces te verbeteren. Uiteindelijk willen ze diepte thermografie gebruiken om semiconductorapparaten te meten om inzicht te krijgen in hun temperatuurdistributies tijdens het opereren.

Dit type 3D temperatuurprofilering kan ook gebruikt worden om wolken van hoge-temperatuur gassen en vloeistoffen te meten en te karten; bijvoorbeeld in molten-salt kernreactoren waar het belangrijk is om de temperatuur van het zout doorheen het volume te weten zonder temperatuursonden te hoeven gebruiken die mogelijk niet overleven bij 700 °C.