ما هو جهاز قياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (Infrared Radiometer)؟
مقياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IR radiometer) هو مستشعر يحصل على معلومات درجة الحرارة بدون تلامس من خلال قياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (الحراري) المنبعث من سطح أو جسم. يعتمد القياس على الطاقة الحرارية التي ينبعث منها الجسم بشكل طبيعي.
كيف يعمل؟
كل جسم ينبعث منه إشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IR) بناءً على درجة حرارته. مقياس الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء:
- يكتشف الإشعاع الحراري تحت الأحمر القادم من الجسم
- يحول هذا الإشعاع إلى درجة حرارة وفقاً لقانون ستيفان-بولتزمان
- يقوم بالقياس دون تلامس
طول موجة القياس
- عادةً 8 – 14 ميكرومتر (النافذة الجوية)
هذا النطاق هو النطاق الذي يكون فيه الامتصاص الجوي منخفضاً ويتم فيه إجراء أدق قياس لدرجة الحرارة.
ماذا يقيس؟
- درجة حرارة السطح (درجة حرارة أوراق النبات، التربة، الماء، الأسفلت، إلخ.)
- تدفق الإشعاع الحراري
بشكل غير مباشر:
- الإجهاد المائي للنبات
- التبريد الليلي / خطر الصقيع
- تأثير الجزيرة الحرارية
النطاق الطيفي 8–14 ميكرومتر (µm) تشير هذه العبارة إلى نطاق الطول الموجي الكهرومغناطيسي الذي يكتشفه المستشعر. في حالة هذا المستشعر، يتم قياس إشعاع الأشعة تحت الحمراء (infrared – IR).
لماذا 8–14 ميكرومتر؟
هذا النطاق هو المنطقة التي يصل فيها الإشعاع الحراري المنبعث بشكل طبيعي من أشياء مثل سطح الأرض، النباتات، الحيوانات، المباني إلى ذروته.
- يتم تعريف الإشعاع الحراري (انبعاث درجة الحرارة) بواسطة قانون ستيفان-بولتزمان ومنحنى بلانك.
- على سبيل المثال، إذا كان جسم ما عند درجة حرارة تقريبية 20–30 درجة مئوية، فإن ذروة انبعاثه تكون حوالي 8–12 ميكرومتر.
السبب الجوي؟
يُعرف النطاق 8–14 ميكرومتر بـ منطقة "النافذة الشفافة" للغلاف الجوي:
- يمتص الغلاف الجوي الإشعاع عند هذه الأطوال الموجية بشكل ضئيل جداً.
- وبالتالي من الممكن قياس الحرارة المنبعثة من السطح مباشرة.
- بعد 14 ميكرومتر، يمتص ثاني أكسيد الكربون (CO₂) وبخار الماء (H₂O) الإشعاع إلى حد كبير.
الفرق عن البيرجيومتر (Pyrgeometer)
| الميزة | Infrared radiometer | Pyrgeometer |
|---|---|---|
|
القياس |
درجة حرارة السطح |
إشعاع الموجات الطويلة |
|
زاوية الرؤية |
ضيقة (منطقة محددة) |
واسعة (نصف كروية) |
|
الطول الموجي |
8 – 14 ميكرومتر |
4,5 – 50 ميكرومتر |
|
الاستخدام |
درجة حرارة الجسم/النبات |
توازن الطاقة |
|
المخرجات |
درجة مئوية |
W/m² |
مجال الرؤية (Field of View)
يحتوي مستشعر Apogee SI-411 على نصف زاوية 22 درجة. الصيغة:
r = d × tan(θ)
قطر المنطقة = 2r
حيث:
- d = المسافة بين المستشعر والسطح المستهدف (على سبيل المثال متر واحد)
- θ = نصف الزاوية (22 درجة)
- قطر المنطقة = 2r
مع ابتعاد المستشعر عن السطح، تتوسع المنطقة المقاسة بشكل خطي.
لسطح يبعد متر واحد:
r = 1 · tan(22°) ≈ 1 · 0.404 = 0.404 م
القطر = 2 × 0.404 = 0.808 م (حوالي 81 سم)
أي أن المستشعر على بعد متر واحد يقوم بالقياس من دائرة قطرها 81 سم.
لسطح يبعد 2 متر:
r = 2 · tan(22°) ≈ 2 · 0.404 = 0.808 م
القطر = 2 × 0.808 = 1.616 م
يغطي عند مسافة 2 متر مساحة تبلغ حوالي 1.6 متر.
ملخص:
- عند مسافة 0.5 م ← حوالي 40 سم قطر
- عند مسافة 1 م ← حوالي 81 سم قطر
- عند مسافة 2 م ← حوالي 1.6 م قطر
- عند مسافة 5 م ← حوالي 4 م قطر
أهمية مستشعر الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء (IR) في الزراعة
يجيب مستشعر IR على السؤال التالي: "هل النبات تحت الإجهاد الآن؟"
- يتم اكتشاف انخفاض النتح في وقت مبكر
- يتم اكتشاف خطر الصقيع قبل درجة حرارة الهواء
- يتم إجراء القياس باستمرار ليلاً ونهاراً
لا تخمن درجة حرارة السطح، بل قم بقياسها
غالباً ما يبدأ الإجهاد في النبات ليس في درجة حرارة الهواء، بل في درجة حرارة سطح الأوراق والتربة.
تواصل معنا
Yorumlar