Ingenjörer från University of Wisconsin-Madison har gjort det möjligt att på distans bestämma temperaturen under ytan på vissa material med hjälp av en ny teknik som de kallar djuptermografi. Metoden kan vara användbar i applikationer där traditionella temperatursonder inte fungerar, som att övervaka halvledarens prestanda eller nästa generations kärnreaktorer.

Många temperatursensorer mäter termisk strålning, varav de flesta är i det infraröda spektrumet, kommer från ett föremåls yta. Ju varmare objektet, ju mer strålning den avger, vilket är grunden för prylar som värmekameror.

Djuptermografi, dock, går bortom ytan och arbetar med en viss klass av material som är delvis transparenta för infraröd strålning.

"Vi kan mäta spektrumet av värmestrålning som avges från objektet och använda en sofistikerad algoritm för att avgöra temperaturen inte bara på ytan, men också under ytan, tiotals till hundratals mikron i, "säger Mikhail Kats, en UW-Madison professor i el- och datateknik. "Vi kan göra det exakt och exakt, åtminstone i vissa fall. "

Katter, hans forskningsassistent Yuzhe Xiao och kollegor beskrev tekniken i våras i tidningen ACS Photonics .

För projektet, laget värmde en bit smält kiseldioxid, en typ av glas, och analyserade det med en spektrometer. De mätte sedan temperaturavläsningar från olika djup av provet med hjälp av beräkningsverktyg som tidigare utvecklats av Xiao där han beräknade den termiska strålningen som avges från objekt som består av flera material. Arbetar baklänges, de använde algoritmen för att bestämma den temperaturgradient som bäst passade experimentella resultat.

Kats säger att just denna insats var ett bevis på konceptet. I framtida arbete, han hoppas kunna tillämpa tekniken på mer komplicerade flerskiktsmaterial och hoppas kunna tillämpa maskininlärningstekniker för att förbättra processen. Så småningom, Kats vill använda djuptermografi för att mäta halvledaranordningar för att få insikt i deras temperaturfördelningar när de fungerar.

Det är inte den enda möjliga tillämpningen av tekniken. Denna typ av 3D-profilering av temperatur kan också användas för att mäta och kartlägga moln av högtemperaturgaser och vätskor.

"Till exempel, vi förväntar oss relevans för kärnreaktorer av smält salt, där du vill veta vad som händer när det gäller saltets temperatur genom volymen, "säger Kats." Du vill göra det utan att sticka i temperatursonder som kanske inte överlever vid 700 grader Celsius mycket länge. "

Han säger också att tekniken kan hjälpa till att mäta värmeledningsförmågan och optiska egenskaper hos material utan att behöva fästa temperatursonder.

"Detta är en helt avlägsen, kontaktfritt sätt att mäta materialens termiska egenskaper på ett sätt som du inte kunde göra tidigare, "Säger Kats.