بخشی از مقاله
ترموگرافی یا حرارت نگاری مادون قرمز - IRT - یک روش منظم برای جمع آوری، ذخیره سازی و تحلیل انرژی تابشی مادون قرمز است. این تکنیک که بر پایه قانون استفان- بولتزمن استوار است، در بسیاری از علوم کاربرد دارد. در سال های اخیر استفاده از IRT در علم ژئومورفولوژی و خصوصا زمین لغزش در کانون توجه پژوهشگران قرار گرفته است. به کار گیری این فناوری در نقشه برداری و شناسایی پهنه های مستعد و فعال زمین لغزش از اهمیت زیادی برخوردار است؛ چرا که وجود نقشه های دقیق پهنه بندی در مدیریت و کنترل مخاطرات زمین لغزش یک اصل مهم به شمار می رود. بنابراین استفاده از فناوری هایی چون IRT می تواند نقطه عطفی در مدیریت مخاطرات طبیعی باشد.
مقدمه -1 پیشینه حرارت نگاری مادون قرمز
خاستگاه کشف تابش اشعه مادون قرمز به ابتدای دهه 1800 برمی گردد که هرشل، تابش حرارتی را در مادون قرمز در طیف مرئی کشف کرد. بعدتر در 1860، کریشهوف ، مفهوم جسم سیاه را مطرح کرد و استانداردهایی برای مقایسه منابع تابش ارائه داد . در سال 1879 استفان دریافت که جسم سیاه، مقداری انرژی به نسبت توان چهارم حرارت مطلقش گسیل می نماید. چنین نتیجه ای از طریق عمل ترمودینامیک که توسط بولتزمن در سال 1884 ارائه شد، حاصل گشت. این قانون استفان - بولتزمن نام دارد. در - 1865 - ماکسول وجود نظری امواج الکترومغناطیس را پیش بینی کرد و شباهتشان با امواج نوری را پیشنهاد داد. در سال 1888 هرتز فرضیه های ماکسول را تائید کرد و دریافت که امواج الکترومغناطیس مانند امواج نوری منعکس و منکسر می شوند و مهم تر اینکه آن ها با همان سرعت نور اما با طول موج بیشتر حرکت می کنند. اولین قانون در ابتدای قرن بیستم به وسیله ریلیت و سر جیمز ارائه گردید که این قانون به قانون جیمز - ریلیت معروف شد. پلانک در سال 1900 قانون تابش را ارائه نمود. با مشتق گیری قانون پلانک با توجه به طول موج و با یافتن حداکثر شدت تابش، قانون جایگزین وین - ویلیام وین - بدست آمد. بر اساس قانون وین در حرارت محدود - حدود 300 درجه کلوین - ، اوج تابش، فراتر از اشعه مادون قرمز و در10 m قرار می گیرد. با انتگرال گیری قانون پلانک از کل طیف قانون استفان - بولتزمن حاصل شد - Meloa ،. - 2012
-2 مبانی نظری و تئوری IRT
IRT براساس یک مفهوم فیزیکی است که بیان می کند هر شی که دمایی بالاتر از صفر مطلق دارد، تابش الکترومغناطیسی ایجاد می کند که در بین باند مادون قرمز قرار می گیرد - شکل . - 1 این تابش ، تابش حرارتی نامیده می شود. روی سطح زمین همه تابش حرارتی ، مربوط به اشعه مادون قرمز در طول موج های متفاوت است. به همین دلیل انرژی مادون قرمز حرارتی نامیده می شود.تابش مادون قرمز که عمدتا مسئول تابش حرارتی است در طول موجی در محدوده تقریبی74 / 0m تا 1000 m بین انتهای قرمز ناحیه مرئی و بخش میکروویو طیف الکترومغناطیس قرار می گیرد. عوامل اصلی تضعیف کننده تابش حرارتی معمولا زمانی که در مورد تصویر برداری حرارتی بحث می شود، مورد توجه هستند که با تاثیرات جوی مرتبطند. خصوصا جذب مادون قرمز به وسیله مولکول های اتمسفر در14 -0 m ناحیه طیفی قابل ملاحظه است؛
جز برای دو باند طیفی که در بسیاری از دوربین های حرارتی حساس هستند: - 1 پنجره طیفی بین8 m و 14m که باند مادون قرمز با طول موج بلند - LWIR - نامیده می شود. - 2 باند موج بین 3m و 5m یعنی باند مادون قرمز با طول موج متوسط - MWIR - که معمولا بیشتر برای اندازه گیری حرارت های بالا مطالعه می شود - Frodella و همکاران، . - 2017 مفهوم گسیل یا تابش، از اهمیت حیاتی در علم IRT برخوردار است؛ چون اساسی برای ارتباط تابش مادون قرمز نسبت به دمای واقعی جسم است. همانطور که توسط قانون استفان - بولتزمن بیان می شود: مجموع تابش موجود از سطح ماده است که با وات بر متر مربع اندازه گیری می شود. ثابت استفان - بولتزمن - - و T درجه حرارت مطلق - که به کلوین بیان می شود - ماده گسیل کننده است. این قانون بیان می کند که گسیل انرژی الکترومغناطیس - قدرت تابشی - در واحد سطح یک جسم ، به توان چهارم درجه حرارت مطلق و مقدار تابش بستگی داردو مبنایی برای تخمین میزان اتلاف انرژی حرارتی تابشی و اساس تئوری ترموگرافی مادون قرمز است - Frodella و همکاران، . - 2017 شکل :1 ناحیه مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی - a بعد از ناحیه مادون قرمز - b ناحیه طیفی بین 0 و 15 میکرومتر با پنجره های اتمسفری - c توزیع انرژی گسیل شده از جسم سیاه در دماهای متفاوت
-3 اساس کار دوربین های IRT
دوربین ترموگرافی وسیله ای است که توانایی اندازه گیری و نمایش محدوده خاصی از امواج مادون قرمز را دارد. مرکز دوربین یک آشکارگر مادون قرمز قرار دارد که انرژی مادون قرمز ساطع شده از اشیا - که حرارت سطحی شان اندازه گیری شده است - را جذب می کند - Meola و همکاران، . - 2004 اجزای اصلی یک دوربین حرارتی عبارتند از - 1: لنزها - 2 حسگرها - 3 پردازشگر داخلی - 4 سخت افزار دوربین. لنزهای دوربین - که معمولا از ژرمانیم ساخته می شود و نسبت به تابش مرئی مات هستند - بر روی تابش اشعه مادون قرمز روی حسگرها متمرکز می شوند به طوری که سلول هایشان گرم شود و یک سیگنال الکترومغناطیسی به پردازشگر ارسال کنند تا بعدا در سخت افزار دوربین با استفاده از یک فرایند کالیبره نمودن، سیگنال رابه دمای تابشی تبدیل و یک ترموگرام ایجاد کند - شکل Frodella - - 2 و همکاران، - 2017
شکل :2 دوربین حرارتی FLIRSC620 از روبرو. .1 - a لنزهای ژرمانیمی .2 دوربین دیجیتال .3 اشاره گر لیزری 4 حلقه فوکوس دستی .5 دکمه های کنترل .6 منظره یاب با قابلیت تغییر زاویه . دوربین از پشت .7 - b شکاف کارت .8 SD دکمه های داخلی نرم افزار .9 رابط .10 USBرابط فایروایر .11 رابط ویدئو .12 باطری .13 صفحه نمایش LCD
-4 کاربردهایIRT
اولین بار ارتش آمریکا در سال 1970 اقدام به گسترش سیستم های تصاویر مادون قرمز نمود و از آن ها در جنگ جهانی دوم و پس از آن استفاده کرد. همزمان با پیشرفت و تکامل فناوری، کاربرد های نوینی به وجود آمد که همچنان ادامه دارد - Meola و همکاران، . - 2004 برخی از زمینه های اصلی که حرارت سنجی مادون قرمز در آن استفاده می شود، عبارتند از : .1وسایل الکتریکی .2وسایل مکانیکی .3 پزشکی .4 کشاورزی - یوسف زاده و عباسپور فرد، .5 - 1394 ارزیابی های غیرمخرب Meola - - و همکاران، . - 2004
مواد و روشها
این مقاله برپایه مطالعه و بررسی مقالات و کتب مرتبط با موضوع و به روش کتابخانه ای جهت معرفی تکنیک IRT در زمین لغزش انجام شده است.
بحث
.1 پیشینه استفاده از IRT در زمین لغزش
ترموگرافی یا حرارت نگاری مادون قرمز یک روش منظم برای جمع آوری، ذخیره سازی و تحلیل انرژی تابشی مادون قرمز با استفاده از سیستم های ت صویربرداری مادون قرمز ا ست و یک ترموگرام، ت صویری ا ست که نق شه توزیع سطوح مختلف انرژی تاب شی مادون قرمز را از سطحی از جسم که قابل مشاهده است، نشان می دهد. - یوسف زاده و عباسپور فرد، - 1394 ا ستفاده از این تکنیک در علوم زمین و خ صو صا در ارتباط با زمین لغزش قدمت چندانی ندارد و پژوهش های محدودی در این زمینه صورت گرفته است که به موارد زیر می توان اشاره نمود:
1-1 - 2011 - Manchao در پژوهشی تحت عنوان مدل سازی فیزیکی شکست حفاری تمام مقطع و مرحله ای در صفحات افقی بر پایه ترموگرافی مادون قرمز به توصیف رفتار سنگ طی فرایندهای حفاری با استفاده ازIRT پرداخت .
1-2 Mineo و همکاران - 2015 - با استفاده از بررسی های زمین ساختاری، لرزه ای و ترموگرافی مادون قرمز شیب ناپایداری سنگ را در ایتالیا مورد مطالعه قرار دادند. در این پژوهش با هدف تشخیص طبقات شیب سنگ مورد بررسی با ویژگی های حرارتی متفاوت که با عناصر فیزیکی - سنگ ها، پوشش گیاهی و واریزه ها - همراه بوده است، از این تکنیک استفاده شد. آن ها به بررسی زمین لغزش های منطقه نیز پرداختند.
1-3 Frodella و همکاران - 2017 - توصیف و نقشه برداری زمین لغزش با استفاده از ترموگرافی مادون قرمزرا هدف پژوهش خود قرار دادند. در این مقاله پتانسیل ترموگرافی مادون قرمز به عنوان ابزار کاربردی نوینی برای بررسی، نقشه برداری دو بعدی و سه بعدی و توصیف زمین لغزش ها در چندین فرایند ناپایداری - مانند سنگ لغزش و ... - و در زمینه مدیریت مخاطرات مورد بررسی قرار گرفته است.
