空気塊の温度を可視化

Question

人間の吐く息の温度分布をサーモカメラで可視化したいと思います。
周辺温度が15度くらい、人間の吐く息が30度くらいとすると、波長はどのくらいの赤外線(5μmとか10μmとか)をとらえればいいでしょうか？

あと人間が吐いた暖かい空気塊の向こう側から来る赤外線の影響も無視できないと思いますが、何もない空間(空とか)をバックにするか、それとも0度くらいに冷やした冷たい板をついたてにしておいた方がいいのか、どういう方法がいいのでしょうか？

Accepted Answer

不勉強で申し訳ありませんが、ご紹介頂いた技術は、サーモカメラで撮影した画像を直接利用するのではなく、その画像をコンピュータ解析することで気流を可視化しているようです。

特許出願には、次のように要点が記載されています。
【解決手段】流体を撮影するカメラ１１と、カメラ１１で所定期間撮影した流体の温度画像データから一定期間の温度データを、一定の解析ステップずつ時間方向にずらして切り出して部分温度データを生成する（ステップＳ１６）。そして、切り出した部分温度データ毎に解析を行い、一定期間毎の温度変動分布を検出する（ステップＳ１７、Ｓ１８）。

興味があれば、次のURLのページの検索窓に、特許の公開番号”特開2020-052036”を入力して検索すれば、特許公報の全体を閲覧可能です。
https://www.j-platpat.inpit.go.jp/

＞大気は赤外線やいろんな波長の光を吸収しますが、同時にそのエネルギーを放出しないと温まり続けてしまうと思うのですが。
ご指摘の通りと思います。サーモカメラが、分光器のように発光源の波長に対応した放射の強さを分析できればもっと詳細な情報を得られると思いますが、一般的なサーモカメラは、感度をもつ波長帯域が広いので細かな分析が難しいのが現実と思います。

Answer

残念ながら、一般的なサーモグラフィーで気体の温度を調べる事は不可能です。下記のページが参考になると思います。
https://www.rex-rental.jp/faq/product/1100

気体温度の調査は接触式が一般的です。
https://www.testo.com/ja-JP/products/air-temperature-measuring-instrument

ただし、このように実現している会社はありますので、予算があるなら相談してみるといいでしょう。機材購入ではなく測定依頼になるかとは思いますが。
https://www.jfe-tec.co.jp/infrared-camera/thermal-lockin.html

Answer

常温付近の温度に対応する赤外線の波長は10μm程度です。しかし、空気は透明なのでサーモカメラで画像として捉えることは難しそうに思います。空気中に微粒子が含まれていれば、その微粒子が赤外線を放射するので画像として捉えられるでしょう。

赤外線を検出する方法ではありませんが、屈折率の変化を画像として捉えるシュリーレン法という技術がありますので参考になさってください。
https://www.kk-co.jp/visible/schlieren.php

３Dシミュレーションであれば、温度を画像として取り出すことは容易と思います。

＞向こう側から来る赤外線の影響も無視できないと思います
空気が透明なことは上記で説明した通りです。特別の工夫をしない限り、サーモカメラに映るのは、人の吐いた空気ではなく、背景の壁の温度に対応した画像になります。

空気塊の温度可視化方法