用于测量三维物体内部温度的方法

如果你曾经试过烤一块三分熟的牛排，最后却用了一块昂贵的橡胶，你就会知道，仅仅通过测量物体的表面来测量物体的温度是不容易的。然而，现在，威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们已经利用一种他们称之为深度热成像的新技术，使确定某些材料的3D温度曲线成为可能。

许多非接触式温度传感器测量热辐射，其中大部分是红外光谱，来自物体表面。物体越热，它发出的辐射就越多，这是热成像相机等设备的基础。

然而，深度热成像技术超越了表面，并与某些在红外光谱中半透明的材料一起工作。

“我们可以测量物体发出的热辐射光谱，并使用复杂的算法来推断温度，不仅是表面的温度，还有表面下几十到几百微米的温度，”他说米哈伊尔·凯特，副教授电气与计算机工程威斯康辛大学麦迪逊分校。“至少在某些情况下，我们能够精确地做到这一点。”

在这个项目中，研究小组加热了一块熔融的二氧化硅——一种玻璃——并用光谱仪对其进行了分析。然后，他们使用肖教授先前开发的计算工具从样品中提取温度分布，肖教授在该计算工具中计算了不同温度下非均匀物体发出的热辐射。他们用这种算法来确定最符合实验结果的温度梯度。

Kats说，这项特别的努力是对概念的验证。在未来的工作中，他希望将该技术应用于更复杂的多层材料，并希望应用机器学习技术来改进这一过程。最终，Kats希望使用深度热成像技术来测量半导体器件，以深入了解其运行时的温度分布。

这并不是这项技术唯一的潜在应用。这种类型的三维温度剖面也可用于高温气体和液体的体积测绘。“例如，我们期望与熔盐核反应堆相关，在那里你想知道在整个体积中盐的温度方面发生了什么，”Kats说。“你想在不使用温度探头的情况下做到这一点，因为温度探头可能无法在700°C下存活很长时间。”

他还说，这项技术可以帮助测量材料的导热性和光学特性，而不需要附加温度探头。他说:“这是一种完全远程的、非接触式的测量材料热性能的方法，这是以前无法做到的。”

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