Как устроен тепловизор – Тепловизор — Википедия — specable.ru

Тепловизор — Википедия

Теплови́зор (тепло + лат. vīsio «зрение; видение») — устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее как цветная картинка, где разным температурам соответствуют разные цвета. Изучение тепловых изображений называется термографией.

Все тела, температура которых превышает температуру абсолютного нуля излучают электромагнитное тепловое излучение в соответствии с законом Планка. Спектральная плотность мощности излучения (функция Планка) имеет максимум, длина волны которого на шкале длин волн зависит от температуры. Положение максимума в спектре излучения сдвигается с повышением температуры в сторону меньших длин волн (закон смещения Вина). Тела, нагретые до температур окружающего нас мира (-50..+50 градусов Цельсия) имеют максимум излучения в среднем инфракрасном диапазоне (длина волны 7..14 мкм). Для технических целей интересен также диапазон температур до сотен градусов, излучающий в диапазоне 3..7 мкм. Температуры около тысячи градусов и выше не требуют тепловизоров для наблюдения, их тепловое свечение видно невооружённым глазом.

Датчик[править | править код]

Исторически первые тепловизионные датчики для получения изображений были электронно-вакуумными. Наибольшее развитие получила разновидность на основе видиконов с пироэлектрической мишенью. В этих устройствах электронный луч сканировал поверхность мишени. Ток луча зависел от внутреннего фотоэффекта материала мишени под действием инфракрасного излучения. Такие приборы назывались пирикон или пировидикон^[1]. Существовали также другие типы сканирующих электронно-вакуумных трубок, чувствительных к тепловому спектру инфракрасного излучения, например термикон и фильтерскан.^[1]

На смену электронновакуумным приборам пришли твердотельные. Первые твердотельные датчики были одноэлементными, поэтому для получения двумерного изображения их оснащали электромеханической оптической развёрткой. Такие тепловизоры называются сканирующими

[1]. В них система из движущихся зеркал последовательно проецирует на датчик излучение от каждой точки наблюдаемого пространства. Датчик может быть одноэлементным, линейкой чувствительных элементов или небольшой матрицей. Для увеличения чувствительности и снижения инерционности датчики сканирующих тепловизоров охлаждают до криогенных температур. Лучшие охлаждаемые датчики способны реагировать на единичные фотоны и имеют время реакции менее микросекунды.

Современные тепловизоры, как правило, строятся на основе специальных матричных датчиков температуры — болометров. Они представляют собой матрицу миниатюрных тонкопленочных терморезисторов. Инфракрасное излучение, собранное и сфокусированное на матрице объективом тепловизора, нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта. Пространственное разрешение коммерчески доступных болометрических матриц достигает 1280*720 точек^[2]. Коммерческие болометры обычно делают неохлаждаемыми для уменьшения цены и размеров оборудования.

Температурное разрешение современных тепловизоров достигает сотых долей градуса Цельсия.

Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Наблюдательные тепловизоры показывают только градиенты температур объекта. Измерительные тепловизоры позволяют измерить значение температуры заданной точки объекта с точностью до коэффициента излучения (англ.)русск. материала объекта. Измерительные тепловизоры требуют периодической калибровки, для чего зачастую снабжены встроенным устройством для калибровки матрицы, обычно в виде шторки, температура которой точно измеряется. Шторка периодически надвигается на матрицу, давая возможность откалибровать матрицу по температуре шторки.

Оптика[править | править код]

Поскольку обычное оптическое стекло непрозрачно в среднем ИК диапазоне^[3], оптику тепловизоров делают из специальных материалов. Чаще всего это германий^[4]^[5]

[6], но он дорог, поэтому иногда используют халькогенидное стекло (англ.)русск., селенид цинка^[7] или даже полиэтилен. В лабораторных целях оптику также можно делать из некоторых солей, например поваренной соли^[8], также прозрачной в требуемом диапазоне длин волн.

Первые тепловизоры созданы в 30-х гг. XX в. Современные тепловизионные системы начали своё развитие в 60-е годы XX столетия. Первые тепловизионные датчики для получения изображений были электронно-вакуумными. Наибольшее развитие получили пириконы (пировидиконы)^[1]. Существовали также другие типы сканирующих электронно-вакуумных трубок, чувствительных к тепловому спектру инфракрасного излучения, например термикон и фильтерскан^[1]. Затем появились тепловизоры на твердотельных сенсорах с оптико-механическим сканированием поля зрения, формируемого объективом и одноэлементным приёмником излучения. Такие устройства были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью.

С развитием полупроводниковой техники и появлением фотодиодных ячеек ПЗС, позволяющих хранить принятый световой сигнал, стало возможным создание современных тепловизоров на основе матрицы ПЗС датчиков. Данный принцип построения изображений позволил создать портативные устройства, с высокой скоростью обработки информации, которые позволяют вести контроль за изменением температур в режиме реального времени.

Наиболее перспективным направлением развития современных тепловизоров является применение технологии неохлаждаемых болометров^[9], основанной на сверхточном определении изменения сопротивления тонких пластинок, под действием теплового излучения всего спектрального диапазона. Данная технология активно применяется во всём мире для создания тепловизоров нового поколения, отвечающих самым высоким требованиям по мобильности и безопасности использования^{[источник не указан 3629 дней}

В СССР и России[править | править код]

Первые тепловизоры гражданского назначения разрабатывались в СССР для медицинского применения в НПП «Исток» в 1970-х годах. С конца 1970-х началось серийное производство сканирующего тепловизора на охлаждаемом твердотельном датчике ТВ-03^[10]. К моменту распада СССР выпускалась широкая гамма тепловизоров гражданского и промышленного назначения^[1].

Тепловизоры военного назначения получили развитие с 1970-х годов первоначально в виде авиационных оптико-локационных станций (ОЛС)^[11]^[12]. К концу 1980-х годов первые серийные тепловизионные прицелы «Агава-2» начали устанавливать и на танках^[13].

Развал постсоветской промышленности 1990-х годов и разработка на западе эффективных неохлаждаемых болометрических матриц вызвал значительное отставание России в этой области. Тепловизионные датчики и системы для гражданских и военных целей закупались за границей. Тем не менее начали появляться сообщения о преодолении технологического отставания и развертывании производства национальных датчиков

[14]^[15]^[16].

Контроль утечки энергоресурсов[править | править код]

Современные тепловизоры нашли широкое применение как на крупных промышленных предприятиях, где необходим тщательный контроль за тепловым состоянием объектов, так и в небольших организациях, занимающихся поиском неисправностей сетей различного назначения. Так, сканирование тепловизором может безошибочно показать место отхода контактов в системах электропроводки.

Особенно широкое применение тепловизоры получили в строительстве при оценке теплоизоляционных свойств конструкций. Так, к примеру, с помощью тепловизора можно определить области наибольших теплопотерь в строящемся доме и сделать вывод о качестве применяемых строительных материалов и утеплителей.

Прибор ночного видения[править | править код]

Тепловизионный прицел для стрелкового оружия. Хорошо видна характерная^[чем?] германиевая линза

Тепловизоры применяются вооружёнными силами в качестве приборов ночного видения для обнаружения теплоконтрастных целей (живой силы и техники) в любое время суток, несмотря на применяемые противником обычные средства оптической маскировки в видимом диапазоне (камуфляж). Тепловизор стал важным элементом прицельных комплексов ударной армейской авиации и бронетехники. Применяются и тепловизионные прицелы для ручного стрелкового оружия, хотя в силу высокой цены широкого распространения они пока не получили.

Спасательные службы[править | править код]

Пожарный с тепловизором

Тепловизоры применяют пожарные и спасательные службы для поиска пострадавших, выявления очагов горения, анализа обстановки и поиска путей эвакуации.

Медицина[править | править код]

Разработки тепловизоров для медицины были начаты в СССР в НПП «Исток» (г. Фрязино Московской обл.) в 1968 году. В 1980-е годы были разработаны методы применения тепловизоров для диагностики различных заболеваний. Выпускаемый в те годы отечественной промышленностью тепловизор ТВ-03 имел широкое применение в различных лечебно-профилактических учреждениях. ТВ-03 был первым тепловизором, нашедшим применение в нейрохирургии

[10]. В современной медицине тепловизор используется для выявления патологий, плохо поддающихся диагностике другими способами, в том числе для обнаружения злокачественных опухолей.

С 2008—2009 гг. тепловизоры начали также активно использовать для выделения из толпы лиц инфицированных вирусом гриппа^[17]^[18].

Металлургия и машиностроение[править | править код]

При контроле температуры сложных процессов, характеризующихся неравномерным нагревом, нестационарностью и неоднородностью коэффициента теплового излучения, тепловизоры эффективнее пирометров, поскольку анализ получаемой термограммы или температурного поля осуществляется мощной зрительной системой человека.

Для улучшения достоверности измерения температуры нагреваемых металлов необходимо правильно выбирать спектральный диапазон регистрации теплового излучения

[19]. Коэффициент теплового излучения ε металлов, нагреваемых свыше 400 °C, сильно изменяется за счёт окисления их поверхности атмосферным кислородом^[20]. Поэтому для регистрации их теплового излучения нужно выбирать участок спектра, в котором влияние неопределённости ε на получаемые показания температуры минимальное^[19].

В тепловизионной технике используют разные участки спектра. При измерении невысоких температур регистрируют тепловое излучение в спектральном участке 8-14 мкм и иногда в области 3-5 мкм^[21]. Для измерения температур, превышающих 700 °C, применяют высокотемпературные тепловизоры, использующие матрицы на основе Si^[22] или InGaAs, которые чувствительны в ближней инфракрасной области спектра, где коэффициент теплового излучения металлов ε гораздо больше, чем в области 8-14 мкм^[19]^[20]. При необходимости измерения истинной температуры используют тепловизоры, регистрирующие тепловое излучение в трёх участках спектра.

Другие применения[править | править код]

Поиск перегрева электроцепей

В 2014 году компания FLIR выпустила кожух для смартфонов Apple, в который вмонтирован тепловизор^[23]. В том же году компания Seek Thermal выпустила отдельную тепловизионную камеру для iOS и Android устройств^[24]. В феврале 2016 года анонсирован первый смартфон Caterpillar S60 со встроенным тепловизором, разработанным компанией FLIR^[25].

Тепловизионная насадка для дневных прицелов
Универсальный наблюдательный прибор охраны
Двухканальный тепловизионно-телевизионный прибор круглосуточного применения
Мультиспектральная многоцелевая система наблюдения и целеуказания
Монокуляр тепловизионный
Тепловизионный прибор круглосуточного наблюдения

Ллойд Дж. Системы тепловидения./Пер. с англ. под ред. А. И. Горячева. — М.: Мир, 1978, с. 416.
Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники, Издательство: Советское радио, год: 1978, страниц: 400.
Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы. Техника. Применение. М.: Мир, 1988.
В. А. Дроздов, В. И. Сухарев. Термография в строительстве — М.: Стройиздат, 1987. — 237 с.
Инфракрасная термография в энергетике. Т 1. Основы инфракрасной термографии / Под ред. Р. К. Ньюпорта, А. И. Таджибаева, авт.: А. В. Афонин, Р. К. Ньюпорт, В. С. Поляков и др. — СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. — 240 с.
Огирко И. В. Рациональное распределение температуры по поверхности термочувствительного тела … стр. 332 // Инженерно-физический журнал Том 47, Номер 2 (Август, 1984)

ru.wikipedia.org

Как работает тепловизор?

Увидеть места локального нагрева и следовательно слабые места нашего окружения было всегда увлекательным процессом в современном тепловидении. Инфракрасные камеры претерпели существенные изменения в плане улучшения соотношения цена/производительность не в последнюю очередь благодаря всё более эффективным способам изготовления инфраскрасно-оптических датчиков изображения. Техника стала более мелкой, а устройства более прочными и неприхотливыми к расходу электроэнергии. Как же работают современные инфракрасные камеры?

Принцип действия инфракрасной камеры

Тепловизоры работают как обычные цифровые камеры: Они обладают полем зрения, так называемым Field of View (FOV), которое может составлять в качестве телеобъектива 6°, стандартной оптики 23°, а в качестве широкоугольного объектива 48°. Чем дальше находишься от объекта измерения, тем больше охватываемая область изображения и следовательно размер кадра, который регистрирует отдельный пиксель. Плюсом в этом является то, что яркость свечения при достаточно большой площади не зависит от удаления. Благодаря этому расстояние до объекта измерения в значительной степени не влияет на процессы измерения температуры. [1]

Тепловое излучение в среднем инфракрасном диапазоне может фокусироваться только за счёт оптики из германия, сплавов германия, цинковых солей или с помощью зеркал с поверхностным покрытием. Такая улучшенная оптика по сравнению с обычными, изготавливаемыми большими партиями объективами в видимой спектральной области всё еще является значительным фактором расходов при изготовлении тепловизоров. Они выполнены в виде сферического 3-линзового объектива или асферического 2-линзового объектива и должны для термометрических правильных измерений калиброваться именно на камерах со сменными объективами в отношении их воздействия на каждый отдельный пиксель.

Основной элемент любого тепловизора: матрица в фокальной области

Основным элементом любого тепловизора, как правило, является матрица в фокальной области (FPA). Она представляет собой встроенный датчик изображения размером от 20 000 до 1 миллиона пикселей. Каждый пиксель сам является микроболометром размером от 17 x 17 до 35 x 35 мкм². Подобные тепловые приёмники толщиной 150 нанометров нагреваются посредством теплового излучения в течение 10 мс примерно на одну пятую разности между температурой объекта и собственной температурой. Подобного рода высокая чувствительность достигается за счёт очень низкой теплоёмкости в сочетании с превосходной изоляцией инфракрасной камеры относительно свободного окружения. Коэффициент поглощения частично прозрачной площади приёмника увеличивается посредством взаимодействия пропущенной и затем отражённой на поверхности кремниевого кристалла световой волны с последующей световой волной. [2]

Для использования данного эффекта самоинтерференции поверхность болометра, состоящая из оксида ванадия или аморфного кремния, должна посредством специальных технологий травления располагаться на удалении ок. 2 мкм от схемы считывания. Относящая к поверхности и ширине полосы пропускания удельная обнаружительная способность описываемой здесь матрицы в фокальной области достигает значений около 109 см Hz1/2 / W. Этим самым она на порядок превосходит другие тепловые датчики, используемые, напр., в пирометрах. За счёт собственной температуры болометра снова изменяется его сопротивление, которое преобразуется в электрический сигнал напряжения. Быстрые 14-битовые аналого-цифровые преобразователи оцифровывают предварительно усиленный и сериализованный видеосигнал. Система цифровой обработки сигнала рассчитывает для каждого отдельного пикселя значение температуры и генерирует в реальном времени знакомые псевдоцветные изображения или тепловые диаграммы.

Тепловизорам требуется достаточно дорогое калибрование, при котором каждому пикселю для различных температур микросхемы или чёрного излучателя требуется присвоить ряд величин чувствительности. Для повышения точности измерения матрицы в фокальной области болометра термостатируются при определённых температурах с большой точностью регулирования.

Передача и анализ тепловых диаграмм

Благодаря разработке всё более производительных, компактных и одновременно недорогих ноутбуков, ультра-мобильных ПК, нетбуков и планшетных ПК в настоящее время имеется возможность использования их

больших дисплеев для представления тепловых диаграмм,
оптимизированных литий-ионных аккумуляторов для электропитания,
вычислительной мощности для гибкого высококачественного представления сигнала в реальном времени,
ёмкости памяти для практически неограниченной по времени видеозаписи тепловых диаграмм, а также
интерфейсов, напр., Ethernet, Bluetooth, WLAN и ПО для интеграции термографической системы в среду пользователя.

Стандартный и доступный интерфейс USB 2.0 позволяет при этом передавать данные на скорости

30 Гц с разрешением 320 x 240 пикселей и
120 Гц для форматов изображения 20 000 пикселей.

Введённая в 2009 году технология USB 3.0 подходит даже для разрешения тепловых диаграмм стандарта XGA до 100 Гц. За счёт применения принципа веб-камер в области термографии появились совершенно новые свойства продукции с существенно улучшенным соотношением цена/производительность. При этом тепловизор в реальном времени подключается к ПК на базе ОС Windows© через интерфейс со скоростью передачи данных 480 Мбод, который одновременно обеспечивает и электропитание.

Аппаратное обеспечение тепловизоров

Стандарт USB служил раньше лишь в качестве средства связи офисной техники. По сравнению с шиной FireWire весьма широкое распространение данного стандарта интерфейса инициировало многочисленные разработки, которые значительно повысили степень промышленной пригодности этого интерфейса и следовательно возможность использования оконечных устройств со стандартом USB 2.0, и прежде всего инфракрасных USB-камер. К ним относятся:

кабель, способный к эксплуатации в качестве энергоцепи и выдерживающий нагрузку до 200 °C и длиной до 10 м [3];
кабельные удлинители до 100 м CAT5E (Ethernet) с усилителями сигнала;
оптоволоконные USB-модемы для длины проводов до 10 км.

Благодаря высокой ширине пропускания сигнала USB-шины, можно, напр., к ноутбуку подключать пять 120-гигагерцовых инфракрасных камер с помощью стандартного хаба через 100-метровый провод Ethernet.

Влагонепроницаемые, устойчивые к вибрациям и ударам тепловизоры серии optris PI соответствуют классу защиты IP 67 и поэтому пригодны для надёжного применения на испытательных стендах. Размер 45 x 45 x 62 мм³ и масса 200 г существенно снижают при этом затраты на установку корпуса охлаждения и воздуходувных насадок.

Обязательно: Калибрование смещения

По причине термического смещения болометров и их обработки сигналов на микросхеме всем выполняющим измерения инфракрасным камерам требуется с интервалом в несколько минут корректировка смещения. С этой целью зачернённая металлическая деталь с помощью электропривода перемещается перед датчиком изображения. Благодаря этому каждый элемент изображения настраивается на

www.optris.ru

Тепловизор. Инфракрасная термография. Принцип работы и устройство тепловизора.

Инфракрасная Термография

Инфракрасная термография – это наука использования электронно — оптических устройств для регистрации и измерения излучения и сопоставления его с температурой поверхностей. Излучение – это передача тепла в виде лучистой энергии (электромагнитных волн) без промежуточной среды, используемой для передачи. Современная инфракрасная термография использует электронно-оптические устройства для измерения потока излучения и вычисления температуры поверхности обследуемых конструкций или оборудования.

Люди всегда могли чувствовать инфракрасное излучение. Нервные окончания человеческой кожи могут регистрировать изменения температуры величиной ±0,009°C (0,005°F). Несмотря на свою высокую чувствительность, нервные окончания человека совершенно не подходят для неразрушающего теплового контроля.

Даже если бы люди обладали такой же способностью чувствовать тепло, как животные, которые могут находить теплокровную добычу в темноте, все равно потребовался бы более совершенный инструмент для обнаружения тепла. Поскольку люди имеют физиологические ограничения способности чувствовать тепло, были разработаны сверхчувствительные к тепловому излучению механические и электронные устройства. Эти устройства стали обычными для проведения теплового контроля при решении бесчисленного количества задач.

История развития инфракрасной технологии

Слово «инфракрасный» означает «за красным», что указывает на место, которое занимают эти длины волн в спектре электромагнитного излучения. Термин «термография» происходит от двух корней, которые означают «температурное изображение». Корни термографии уходят к немецкому астроному, сэру Вильяму Гершелю, который в 1800 г. проводил эксперименты с солнечным светом.

Тепловое изображение остаточного тепла, переданного рукой при прикосновении к поверхности окрашенной стены, легко обнаружить с помощью тепловизора.

Гершель открыл инфракрасное излучение, когда пропускал солнечный свет через призму, и располагал чувствительный ртутный термометр на различных цветах для измерения температуры. Гершель обнаружил, что при переходе за красный цвет в область, известную как «невидимое тепловое излучение», температура повышалась. «Невидимое тепловое излучение» лежало в области электромагнитного спектра, которая сейчас называется инфракрасным излучением. оно так же является электромагнитным излучением.

Через двадцать лет, немецкий физик Томас Зеебек открыл термоэлектрический эффект. Это привело к открытию итальянским физиком Леопольдо Нобили термобатареи на основе ранних версий термопар, в 1829 г. Это простое контактное устройство основано на следующем явлении. При изменении температуры между двумя разнородными металлами появлялась разность потенциалов. Партнер Нобили, Македонио Меллони, вскоре превратил термобатарею в термостолбик (последовательное расположение термобатарей) и сфокусировал на нем тепловое излучение таким образом, что смог обнаруживать тепло тела с расстояния 9,1 м (30 футов).

В 1880 г., американский астроном Сэмюел Лэнгли использовал болометр для обнаружения тепла тела коровы с расстояния более 300 м (1000 футов). В болометре измеряется не разность потенциалов, а изменение электрического сопротивления, связанное с изменением температуры. Сын сэра Вильяма Гершеля, сэр Джон Гершель, используя устройство, называемое эвапорографом, получил первое инфракрасное изображение в 1840 г. формирование теплового изображения происходило за счет различной скорости испарения тонкой пленки масла, и его можно было увидеть в отраженном свете.

Тепловизор – это устройство, которое получает тепловое изображение в инфракрасной области спектра без прямого контакта с оборудованием. См. рис. 1-1.

Рис. 1-1. Тепловизор – это прибор, который получает тепловое изображение в инфракрасной области спектра без непосредственного контакта с оборудованием.

Первые модели тепловизоров были построены на фоторезистивных приемниках излучения. С 1916 по 1918 гг. американский изобретатель Теодор Кейс экспериментировал с фотосопротивлениями для получения сигнала не за счет нагрева, а благодаря прямому взаимодействию с фотонами. В результате был получен более быстрый, более чувствительный приемник излучения на основе эффекта фотопроводимости. В течение 1940-1950-х гг. развитие тепловизионной технологии было связано с возрастающим применением для военных целей. Немецкие ученые обнаружили, что при охлаждении фоторезистивного приемника излучения, его характеристики улучшаются.

Тепловизоры для невоенных целей применялись не только до 1960-х гг. Хотя ранние тепловизионные системы были громоздкими, медленными, имели низкую разрешающую способность, их использовали в промышленности для обследования систем передачи и распределения электроэнергии. В 1970-х гг. достижения в области военных применений привели к появлению первых переносных систем, которые можно было использовать для диагностики зданий и неразрушающего контроля.

В 1970-х гг. тепловизионные системы были прочными и надежными, однако качество изображений было низким по сравнению с современными тепловизорами. К началу 1980-х гг., тепловидение широко применялось в медицине, в основных отраслях промышленности, а так же для обследования зданий. Тепловизионные системы калибровались таким образом, чтобы можно было получать полностью радиометрические изображения, чтобы радиометрические температуры можно было измерить по всему изображению. Радиометрическое изображение – это тепловое изображение, содержащее рассчитанные значения температур для всех точек на изображении.

ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Первые тепловизоры отображали тепловизионное изображение с помощью черно-белой электронно-лучевой трубки. Запись изображения можно было осуществлять только с помощью фотографии или магнитной ленты.

На замену сжатому или сжиженному газу, который использовался для охлаждения тепловизоров, пришли более надежные улучшенные устройства охлаждения. Так же были разработаны и широко применялись менее дорогие тепловизионные системы на основе пировидиконов (пироэлектрических видиконных трубок). Хотя они не были радиометрическими, тепловизионные системы на основе пировидиконов имели небольшой вес, были переносными и работали без охлаждения.

В конце 1980-х гг. военные сделали доступными для широкого применения матричные приемники излучения (матрицы в фокальной плоскости, FPA). Матрицы в фокальной плоскости состоят из массива (обычно прямоугольного) инфракрасных приемников излучения, расположенных в фокальной плоскости объектива. См. Рис. 1-2.

Рис. 1-2. Матричный приемник излучения (матрица в фокальной плоскости, FPA) – это устройство получения изображения, состоящее из массива (обычно прямоугольного) чувствительных к излучению пикселей, расположенных в фокальной плоскости объектива.

Это был значительный прогресс по сравнению со сканирующими приемниками излучения, которые использовались с самого начала. Это привело к повышению качества изображения и пространственного разрешения. Типичные матричные приемники излучения современных тепловизоров имеют размер от 16х16 до 640х480 пикселей. Таким образом, пиксель является самым маленьким отдельным элементом матричного приемника излучения, который может улавливать инфракрасное излучение. Для специальных задач существуют приемники излучения, размер которых превышает 1000х1000 элементов. Первое число представляет собой количество вертикальных колонок, а второе – количество горизонтальных линий, отображаемых на дисплее. Например, матрица размером 160х120 элементов в сумме имеет 19200 пикселей (160 пикселей х 120 пикселей = 19200 пикселей всего).

Развитие технологии матриц в фокальной плоскости, использующих различные типы приемников излучения, далеко шагнуло, начиная с 2000 г. Длинноволновые тепловизоры – это тепловизоры, которые чувствительны к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 8 до 15 мкм. Микрон (мкм) – это единица измерения длины, равная одной тысячной миллиметра (0,001 м). Средневолновые тепловизоры – это тепловизоры, чувствительные к инфракрасному излучению в диапазоне длин волн от 2,5 мкм до 6 мкм. В настоящее время существуют как длинноволновые, так и средневолновые полностью радиометрические тепловизионные системы, часто с функцией наложения изображений и температурной чувствительностью 0,05 °С (0,09°F) и менее.

За прошедшее десятилетие стоимость таких систем снизилась больше чем в десять раз, а качество значительно повысилось. Кроме того, значительно возросло использование программного обеспечения для обработки изображений. Практически все современные инфракрасные системы используют программное обеспечение для облегчения анализа и подготовки отчетов. отчеты можно быстро создать и отправить в электронном виде через интернет, либо сохранить в одном из широко используемых форматов, таких, как PDF, а так же записать на одном из цифровых устройств хранения данных различных типов.

Принципы работы тепловизоров

Полезно иметь общее представление о том, как работают тепловизионные системы, поскольку для термографистов чрезвычайно важно учитывать пределы возможностей оборудования.

Это позволяет более точно выявлять и анализировать возможные проблемы. Тепловизоры предназначены для регистрации инфракрасного излучения, которое испускается объектами. См. Рис. 1-3. Объект обследуется с помощью тепловизора.

Инфракрасное излучение фокусируется с помощью оптики тепловизора на приемнике излучения, который выдает сигнал, обычно в виде изменения напряжения или электрического сопротивления. Полученный сигнал регистрируется электроникой тепловизионной системы. Сигнал, который дает тепловизор, превращается в электронное изображение (термограмму), которое отображается на экране дисплея. Термограмма – это изображение объекта, обработанное электроникой для отображения на дисплее таким образом, что различные градации цвета соответствуют распределению инфракрасного излучения по поверхности объекта. Таким образом, термографист может просто увидеть термограмму, которая соответствует тепловому излучению, приходящему с поверхности объекта.

Рис. 1-3. Объект обследуется с помощью тепловизора. Назначение тепловизора – регистрация инфракрасного излучения, испускаемого объектом

Термограмма – это обработанное электроникой изображение на дисплее, где различные градации цвета соответствуют распределению инфракрасного излучения по поверхности объекта.

Компоненты тепловизора

Обычный тепловизор имеет несколько общих для всех подобных приборов компонентов, включающих объектив, крышку объектива, дисплей, приемник излучения и обрабатывающую электронику, органы управления, устройства хранения данных, а так же программное обеспечение для обработки данных и создания отчетов. Эти компоненты могут изменяться в зависимости от типа и модели тепловизионной системы. См. Рис. 1-4.

Объективы. Тепловизоры имеют как минимум один объектив. Объектив тепловизора собирает инфракрасное излучение и фокусирует его на приемнике излучения. Приемник излучения выдает сигнал и создает электронное (тепловое) изображение или термограмму. Объектив тепловизора используется для того, чтобы собрать и сфокусировать приходящее инфракрасное излучение на приемнике излучения. объективы большинства длинноволновых тепловизоров изготовлены из германия. Пропускание объективов улучшается за счет тонкопленочных просветляющих покрытий.

ПОЛЕЗНО ЗНАТЬ

Из-за постоянной необходимости экономить энергоресурсы, муниципалитеты и правительственные агентства производят авиационную инфракрасную съемку с помощью военных авиационных тепловизионных систем. Такая съемка необходима для того, чтобы общины, жители и коммерческие организации могли получить информацию о тепловых потерях в зданиях.

Рис. 1-4. Обычные тепловизоры имеют несколько общих компонентов, к которым относятся объектив, крышка объектива, дисплей, органы управления и ручка с ремешком.

Так же тепловизоры обычно имеют футляр для переноски и хранения прибора, программного обеспечения и другого вспомогательного оборудования для использования в полевых условиях.

Дисплеи. Тепловое изображение отображается на жидкокристаллическом дисплее (ЖКД), расположенном на тепловизоре. Дисплей должен иметь большой размер и высокую яркость, чтобы изображение на нем можно было легко увидеть в различных условиях освещенности в различных местах работы. На дисплее часто отображается дополнительная информация, такая как уровень заряда аккумулятора, дата, время, температура объекта (в °F, °C, или K), видимое изображение и цветовая шкала температур. См. Рис. 1-5.

Рис. 1-5. Тепловое изображение отображается на жидкокристаллическом дисплее (ЖКД) тепловизора.

Приемник излучения и схемы обработки сигнала. Приемник излучения и схемы обработки сигнала используются для превращения инфракрасного излучения в полезную информацию. Тепловое излучение от объекта фокусируется на приемнике излучение, который обычно изготовлен из полупроводниковых материалов. Тепловое излучение генерирует измеряемый сигнал на выходе приемника излучения. Сигнал обрабатывается электронными схемами внутри тепловизора, чтобы на дисплее прибора появилось тепловое изображение.

Органы управления. С помощью органов управления можно выполнить разнообразные электронные настройки для улучшения теплового изображения на дисплее. В электронном виде изменяются такие настройки, как диапазон температур, тепловой уровень и диапазон, цветовая палитра и настройки слияния изображения. Так же можно установить значение коэффициента излучения и отраженной фоновой температуры. См. Рис. 1-6.

Рис. 1-6. С помощью органов управления можно изменить значение необходимых переменных, таких как диапазон температур, уровень и ширина диапазона, а так же другие настройки.

Устройства хранения данных. Электронные цифровые файлы, содержащие тепловые изображения и дополнительные данные, сохраняются на различных типах электронных карт памяти или устройств хранения и передачи данных. Многие инфракрасные тепловизионные системы так же позволяют сохранять дополнительные голосовые и текстовые данные, а так же соответствующее видимое изображение, полученное с помощью встроенной камеры, работающей в видимом спектре.

Программное обеспечение для обработки данных и создания отчетов. Программное обеспечение, которое используется с большинством современных тепловизионных систем, является функциональным и удобным для пользователя. Цифровые тепловые и видимые изображения импортируются на персональный компьютер, где их можно просмотреть с использованием различных цветовых палитр, произвести другие настройки всех радиометрических параметров, а так же воспользоваться функциями анализа. Обработанные изображения можно вставить в шаблоны отчетов и либо отправить на принтер, либо сохранить в электронном виде, или отправить заказчику через интернет.

www.eti.su

что за прибор, когда и как используется

Устройство, которое измеряет количество тепла, а также способно проанализировать циркуляцию воздуха называется тепловизор. При помощи этого прибора можно выявить различные дефекты в здании, такие как щели и трещины. Они становятся причиной утечки тепла и других мало приятных явлений в квартире. Но работа этого устройства не ограничивается обнаружением утечек, также при помощи его проводят обширные аналитические работы на промышленных объектах.

Термограмма — это функция тепловизора, которая визуально показывает всю тепловую карту объекта. Благодаря этому можно легко и быстро проанализировать общее состояние здания и найти причины утечек. Своевременное выявление дефектов и причин утечек тепла позволит заняться исправлением ситуации. Поэтому диагностика тепловизором может решить множество проблем и сэкономить ваши деньги. Различные дефекты не только могут приводить к потере тепла, но и к разрушениям здания и появлению плесени.

Идеальным сезоном для проведения проверки считаются холодные времена года. Поздней осенью и зимой можно наиболее полно оценить качество работы отопления и более явно заметить даже самые мелкие утечки. Также в этом случае удобно проводить аналитику на основе температуры снаружи и показателей температуры внутри помещения. Еще можно рассчитать, как тепло распределяется по различным поверхностям дома и в каком количестве.

Таким образом этот прибор имеет широкое применение в различных сферах исследований. Он может не только указать на причины потери тепла, но и на дефекты и неисправности, приводящие к разрушениям. Также можно выявить причину повышенной влажности и появления плесени.

Как устроен тепловизор?
Это устройство способно давать точные и быстрые результаты, которые можно увидеть уже непосредственно на экране. Так как устроен тепловизор и по какому принципу он работает?
Тепловизор работает по принципу бесконтактного замера. Он реагирует на инфракрасное излучение объектов. Такое ИК излучение есть у всех предметов, чья температура выше абсолютного нуля. И поэтому чем предмет теплее, тем больше будет его излучение. Прибор же регистрирует эти излучения и выводит их на дисплей. Так в общих словах можно описать как работает тепловизор.

Если же разбирать устройство тепловизора более подробно, то его можно сравнить со сканером, ориентирующимся на электромагнитные реакции объектов. Матричный приемник ИК излучения является основным элементом прибора. После фиксации сигнала он переводится в электронный и затем передается на дисплей в виде электронного изображения. Такое изображение называется термограмма. Это изображение содержит в себе обработанные данные об инфракрасном излучении всех предметов. Визуально оно представлено в виде изображения с различными градациями цвета. Этот цвет и обозначает интенсивность излучения. Эксперт уже может просто взглянув на дисплей определить приблизительно проблемы и дефекты здания.
В зависимости от области применения уже существуют различные виды тепловизоров со своими особенностями. Иногда от модели зависит и на какое расстояние работает тепловизор. В нашей независимой лаборатории мы используем профессиональные измерительные приборы, которые проходят все необходимые проверки и настройки для того, чтобы давать только точные результаты.

Что может стать поводом для проверки здания тепловизором?
Для того, чтобы понять зачем необходима тепловизионная проверка, нужно выяснить, с какими проблемами может столкнуться человек. Чаще всего эту проверку проводят при разнице в показаниях температур в помещениях. Если вы замечаете, что даже при исправной работе отопительных приборов у вас недостаточно тепло, то это может стать причиной для данной проверки. Различные дефекты в стенах, щели у окон или же зазоры в кровле. Все это может также в дальнейшем приводить к разрушению имущества или другим проблемам.
Современные приборы постоянно совершенствуются и модернизируются. Они уже способны не только наглядно показать тепловизионную карту на экране, но и подсчитать точную разницу температур. Такая функция незаменима при проверке прочности конструкции дома. Как было сказано раньше, такой прибор может использоваться для различных целей. Можно выявить как щели, так и неисправности в вентиляции или трубопроводе.

Закажите бесплатно консультацию эколога

Условия для проведения тепловизионной проверки
Как и у любой другой проверки проверка дома тепловизором тоже имеет свои условия, которые следует соблюдать:
Для наиболее точных результатов все измерения следует проводить или до восхода солнца или с закатом. Все дело в том, что солнце нагревает воздух и тем самым разница температур уменьшается. В этом случае проверка тепловизором даст более искаженные результаты.

Существуют и предписания для разницы в температуре. Для проведения исследования необходимо, чтобы разница между температурой в помещении и вне его была не меньше 10 градусов Цельсия. Таким образом прибор наиболее точно сможет зафиксировать показания.

Внешние показатели также важны для результатов исследования. Влажность воздуха и сила ветра способны повлиять на итоги проверки. При проведении замеров приборов сила ветра не должна превышать 2 метра в секунду. Повышенная влажность негативно влияет на качество работы тепловизора, поэтому выбирайте время, когда воздух на улице максимально сухой.

Помещения, в которые будет проверка лучше всего оставлять закрытыми. Это стабилизирует температуру и предотвратит движения тепловых масс.

Перед тем, как проверить дом тепловизором также учитывайте качество функционирования отопительной системы. Перепады мощности могут повлиять на все показания.

Поздняя осень и зима идеальны для такой проверки. Разница температур дает обнаружить даже самые маленькие дефекты, вызывающие проблемы с теплом.

Если все условия были соблюдены, то вы можете не беспокоиться о точности результатов. Наши специалисты в кратчайшие сроки проведут все необходимые замеры и расчеты, а вы получите официальный отчет проверки со всеми результатами.

Какие преимущества дает использование тепловизора?
Сейчас использование тепловизоров для различных исследований очень распространено. Все потому, что этот прибор не только очень удобный, но и обладает рядом уникальных функций, необходимых для различных аналитических работ. Специалисты используют этот прибор при различных проверках как на производствах, так и в частных домах. Этот вид диагностики является очень эффективным и максимально точно дает представление о состоянии отопительной системы. Также позволяет выявить различные дефекты. Причинами утечки тепла могут быть не только трещины или неисправность систем отопления. При неправильно установленных оконных системах между рамой и стеной могут образоваться зазоры, через которое тепло и выветривается. Помимо этого, все этом может стать причиной повышенной влажности в доме или разрушений. Ведь даже маленькая трещинка со временем может увеличиться и стать уже большой проблемой. А этот прибор уже на первоначальном этапе поможет заметить дефект, и вы сможете с легкостью его ликвидировать.
Благодаря термограмме можно непосредственно наблюдать результаты в виде тепловой карты на дисплее. И поэтому тепловизор для проверки тепла можно использовать не только внутри помещения. Проведение исследования снаружи поможет наиболее полно и точно составить картину ситуации и обнаружить все утечки. Только в этом случае необходимо обратить внимание на возможность погрешностей.
Вот вы провели это исследование и обнаружили дефекты, что же дальше? По результатам проверки наши эксперты-экологи проведут консультацию для вас, и вы будете знать как устранить обнаруженные нарушения. Также может быть выявлено, что нарушения были допущены еще на этапе строительства. Тогда с нашими результатами проверки вы можете подать жалобу на застройщика или ЖКХ.

Как работает тепловизор: аналитика внутренней части здания
Для достижения наилучших точных результатов следует проверить тепловизором именно циркуляцию во внутренней части помещения. Из-за того, что при исследовании наружных поверхностей могут быть большие погрешности именно внутренние измерения дают точные результаты. В данном случае процесс тепловизионной проверки включает в себя проверку всей внутренней конструкции здания. Также при проверке балконов, крыш или фасадов рекомендуется выбрать именно внутренний способ проверки, так как он не дает таких погрешностей в измерениях. Погрешность при наружном сканировании связана больше всего с постоянной циркуляцией воздуха. Именно из-за этого показатели все время меняются и нельзя найти точное значение. Даже в безветренную погоду естественная циркуляция все равно происходит, чего мы не наблюдаем в закрытых помещениях.
Такая проверка протечки тепловизором может выявить различные причины перепадов температуры в здании. Существуют холодные мосты, то есть особые места в помещении, где не удерживается тепло из-за повышенной теплоотдачи. В помещениях с таким явлением часто можно заметить повышенную влажность и сырость. Все это становится причиной появления плесени, которая опасна для здоровья. Со временем все это приводит к более серьезным последствиям и порче имущества. Не стоит забывать, что плохие условия в доме влияют и на качество жизни человека. Так что необходимо заняться устранением не только потери тепла, но и повышенной влажности и различных дефектов.
Если вы почувствовали, что у вас дома холодно, но все системы работают исправно, то не откладывайте обращение к специалистам. В нашей лаборатории вы не только можете заказать исследование тепловизором, но и проконсультироваться со специалистами.
ecotestexpress.ru
Виды тепловизоров, принцип работы и применение
Тепловизорами называют приборы, которые исследуют поверхность или объект путем теплового излучения. Устройства преобразуют инфракрасные излучения, поступающие от объекта наблюдения, последовательно преобразуя из электрической формы в видимую картинку. Аппарат способен определить показатель температуры и характеристики температурного поля объекта, вступив с ним в непосредственный контакт.
Основу прибора составляет приемник инфракрасных излучений. Именно он отвечает за трансформацию сигнала в графическое изображение и определение температурного показателя путем вывода картинки на дисплей устройства. Форма, в которой подается результат измерений, является легко считываемой. Она понятна не только квалифицированным специалистам, но и пользователям, не обладающим узкоспециализированными и профессиональными знаниями в данной области.
Многообразие тепловизоров
Виды тепловизоров классифицируют в зависимости от выполняемых функций и их конструктивного исполнения. Оборудование позволяет решать задачи наблюдения за объектами и снятия измерений.
Наблюдательные виды тепловизоров способны создавать картинку в пределах инфракрасного излучения, являющимся видимым на цветовой шкале. Аппараты измерительного типа выполняют аналогичную функцию, но присваивают каждой точке светового сигнала значение температуры. Это позволяет пользователю визуально анализировать распределение температур на исследуемом участке.
В отдельную группу выделяют оборудование визуального типа. Такие пирометры дают возможность зрительно определить зоны с отклонениями от нормальной температуры.
Относительно недавно применение тепловизоров ограничивалось оборонной сферой. Сегодня, помимо военных ведомств, аппаратура востребована в строительной области и производственном направлении, где позволяет разрешить множество хозяйственных проблем. Производители выпускают типы тепловизоров, представленные в качестве самостоятельной единицы оборудования или составной части биноклей гражданского назначения и прочих оптических механизмов.
Наиболее часто тепловизоры классифицируют на 3 группы по их измерительному диапазону. Это позволяет выделить пирометры строительного, высокотемпературного и промышленного типов. Соответственно, данное деление определяет и применение тепловизоров. Строительное оборудование способно взаимодействовать с объектами, температура которых достигает 350 градусов Цельсия. Подобная аппаратура позволяет осуществлять бесконтактную диагностику строительных конструкций, оценивать качество теплоизоляции, выявлять слабые места изоляции и участки, через которые происходит утечка тепла.
У промышленных аппаратов верхняя температурная граница превосходит 350 градусов по шкале Цельсия. Уникальные способности приборов открывают возможности по диагностике электросетей и промышленных систем различного назначения.
Высокотемпературное оборудование способно фиксировать температуры, превышающие 1000 градусов по шкале Цельсия. Их применяют в процессе диагностики технологических процессов с крайне высокой степенью нагрева.
Сфера применения
Сегодня применение тепловизоров становится максимально обширным. Это вызвано способностью оборудования чутко реагировать на мельчайшие изменения температурных параметров, не различимых человеческому глазу. Главное условие работы техники заключается в излучении электромагнитных волн, которые исходят от исследуемого предмета. По интенсивности излучения оператор может определить, что за предмет он видит перед собой. Пирометр не восприимчив к посторонним помехам и не нуждается в непосредственном контакте с объектом исследования. При значительной дальности действия, оборудование не может быть обнаружено современными системами слежения. Это делает применение тепловизоров весьма востребованным.
В зависимости от назначения, типы тепловизоров подразделяют на:
диагностические;

военные;

морские;

медицинские;

научные;

мультисенсорные;

строительные;

для систем автоматики.

Диагностические пирометры позволяют выявлять проблемные участки путем анализа температурных показателей систем. Медицинская техника с интегрированными тепловизорами востребована при выявлении у пациентов различного рода заболеваний путем изучения показателей инфракрасного излучения. Морские пирометры способны анализировать инфракрасное изображение при критических погодных условиях.
Основное преимущество мультисенсорных приборов — возможность значительно повысить безопасность охраняемых объектов. Это позволяет включать их в состав современных систем обеспечения безопасности.
Пирометры научного типа позволяют решить обширный спектр задач. Модели могут принадлежать к числу охлаждаемых и не охлаждаемых. Выбор того или иного аппарата зависит от условий предстоящего эксперимента и результата, который необходимо получить пользователю. Строительная аппаратура востребована при обследовании конструкций зданий. Она позволяет моментально и с высокой точностью выявлять дефекты и неисправности.
В системах автоматизации принцип работы тепловизора позволяет вести мониторинг оборудования и контролировать состояние исследуемого объекта путем анализа разницы температурных показателей. Все чаще подобные приборы включают в состав систем контроля транспортных потоков, поскольку они показывают высокую эффективность при ведении круглосуточного наблюдения за перемещением автотранспорта и людей вне зависимости от условий видимости и уровня освещенности.
При охоте пирометры позволяют достоверно определить положение цели в условиях незначительной видимости. Все чаще подобное оборудование используют в аварийных службах с целью поиска утечек газа.
Модели пирометров
Учитывая, что принцип работы тепловизора един для всех видов оборудования, конструктивное исполнение аппаратуры может быть различным, в зависимости от поставленных задач и мощности оборудования. Помимо стационарных приборов, широкое распространение получают мобильные тепловизоры. Они характеризуются компактными размерами и простотой транспортировки.
Все приборы обладают памятью для хранения зафиксированных данных. Эту информацию можно перенести на персональный компьютер с целью последующей обработки. Возможности пирометров позволяют хранить данные в виде фото- и видеофайлов.
pro-spec.ru
применение и использование в различных условиях
Тепловизор – прибор, предназначенный для определения теплового излучения на исследуемой поверхности. Метод исследования – бесконтактный, он обеспечивает бесперебойную работу при изучении движущихся объектов. Устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности.
Принцип действия тепловизора основан на преобразовании энергии инфракрасного излучения в электрический сигнал, который усиливается и воспроизводится на экране индикатора. Распределение температуры отображается на дисплее тепловизора как цветовое поле, где определенной температуре соответствует определенный цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности.
Тепловизор
Виды тепловизоров
В зависимости от функций, которые выполняет инструмент, различают несколько его видов:
Измерительные – выдают радиометрическое изображение, в результате чего можно определить температурные показатели всех объектов в зоне наблюдения. Данный вид аппаратуры применяется в медицине, строительстве, промышленности, при тестировании электрооборудования, механических коммуникаций.
Наблюдательные – обеспечивают только визуализацию объектов, находят применение в военном деле, охранных и силовых структурах, в спасательных операциях и т. п.
Пирометры визуальные – разновидность инструментов для наблюдения, которые способны выявить зоны с аномальным температурным режимом.
Несколько лет назад применение тепловизоров было доступно только военным ведомствам. Сегодня эти устройства используют во многих областях производственной деятельности, так как это позволяет решить многие технические вопросы.
Производство развернулось не только в виде отдельно взятых приборов, но и как составная часть гражданских биноклей, прицелов для охотничьего оружия, других оптических механизмов.
Измерительный диапазон – один из факторов, который определяет температурные возможности и условно разделяет модели на 3 типа:
Строительные: реагируют на температуру до +350⁰, применяются для аудита строительных сооружений, определяют качество изоляции, находят места утечек тепла из зданий.
Промышленные: температурные границы – более +350⁰, применяются для диагностики электросетей, промышленных систем.
Высокотемпературные: определяют тепловые параметры более +1000⁰, диагностируют технологические процессы с высоким уровнем нагрева.
Их использование получило широкое распространение в современной жизни как в производственных целях, так и в гражданских нуждах.
Сферы применения
Применение тепловизоров в военном деле
Область применения связана со способностью преобразовывать тепловое излучение в спектр, который воспринимает человеческий глаз, обнаруживать самые незначительные объекты, излучающие электромагнитные волны. Если определить интенсивность излучения, то можно рассчитать температуру исследуемого объекта и предположить, что это. При помощи аппарата определяется разница температур, при отсутствии контакта с объектами, они не реагируют на помехи, не могут быть обнаружены системами слежения, имеют большую дальность действия: от 100 м до 3 км. Эти принципы работы позволяют применять их в самых различных областях.
В военной технике
Новая современная техника поступает сегодня на вооружение, имея в своем арсенале встроенные тепловизорные камеры. Их использование позволяет вести боевые действия в условиях плохой видимости, обнаруживать противника и технику. Помимо этого, устройства устанавливаются на беспилотных самолетах и на технике, управляемой дистанционно.
Возможность «видеть» объекты в ночное время – основной показатель, имеющий значение приборов в военной сфере. Принцип успешной работы аппаратуры заключается в четком обнаружении теплового излучения. Для армии производятся специальные аппараты в виде биноклей, прицелов для оружия, ими оснащаются системы наведения. Они оснащены мощными оптическими механизмами, что увеличивает возможности военных тепловизоров многократно.
В морских приборах
Морской или речной порт является сложным транспортным узлом, и его безопасность может обеспечить только самая совершенная охранная аппаратура. Морские тепловизоры предназначены для обеспечения безопасности водных и прибрежных объектов: портов, причалов, складов, речных вокзалов.
Охота
Тепловизор для охоты – хорошее подспорье для тех, кто увлечен выслеживанием добычи. Использование прибора позволяет отслеживать самого осторожного зверя в любое время суток независимо от погоды и видимости.
Обследование зданий
С помощью тепловизорных датчиков есть возможность обследовать любое сооружение, чтобы определить место утечки тепла. Результаты исследования станут весомым аргументом для того чтобы доказать плохое качество теплоизоляции стен. Для коммунальщиков применение тепловизора для обследования зданий – хорошее средство правильно определить проблемные зоны и направить силы на утепление конкретных мест.
Применение тепловизора в медицине
Медицина
Использование тепловизора в медицине производилось еще во времена СССР. Приборы позволяют распознать характер заболевания, а также увидеть инфицированного человека среди здоровых по температуре тела, характерной для той или иной болезни.
Обследование с помощью специальной аппаратуры, реагирующей на электромагнитные волны, помогает обнаружить воспалительный процесс с точностью до микрона и найти область патологии. Использование аппарата позволит определить, болен пациент или здоров, увидеть источник заболевания, поставить диагноз.
Чрезвычайные ситуации и АСР
Пожарные, вооруженные прибором, могут увидеть наиболее безопасный путь выхода из огня, минуя самые горячие участки. Спасатели, вооруженные аппаратом, в самых трудных ситуациях имеют возможность найти человека в зоне плохой видимости.
Помимо перечисленных сфер, где применение измерительной тепловой техники – необходимое условие успешной деятельности, данные приборы используются и в других областях промышленности и в повседневной жизни людей. Поэтому сегодня производится много их разновидностей, и выбор тепловизора зависит только от цели его использования.
Технические характеристики устройства свидетельствуют о том, можно ли использовать его как универсальный или его специализация более узкая. Границы температур, на которые ориентирован прибор – главный критерий при выборе. Чтобы не допустить ошибку при покупке, необходимо учитывать, что температурный диапазон устройства должен быть больше температуры исследуемого объекта как минимум на 25%.
Классификация
Существует масса критериев классификации тепловизорной аппаратуры. По типу исполнения они бывают стационарные и переносные. Стационарный тепловизор предназначается для наблюдения за одной зоной, поэтому устанавливается фиксировано на определенном месте. Например, на производстве может быть установлена такая модель для слежения за температурой объектов на конвейере.
Портативные тепловизоры используются в строительстве, энергетике, некоторых отраслях промышленности. Они устроены таким образом, что их можно перемещать к различным объектам наблюдения. Их вес колеблется от 300 г до 2 кг. Разные модели оснащаются необходимыми системами: экраном, оптикой, встроенными фотоаппаратами, подсветкой и прочей гарнитурой. Переносные приборы имеют автономный аккумулятор, который обеспечивает питание техники до 8 часов.
Одной из важных функций является то, что все зафиксированные данные сохраняются в приборе, и затем их можно перенести на компьютер для дальнейшей обработки. Файлы сохраняются в виде фотографий и видео.
Еще больше информации Вы всегда сможете найти в Учебно-методическом пособии
Применение пожарных тепловизоров для решения пожарно-спасательных задач.
Особенности применения
Использование при ликвидации пожаров и проведении аварийно спасательных работ
Сравнение тепловизора и прибора ночного видения
Сравнение прибора ночного видения с тепловизором
Видим людей через дым
Тепловизор позволяет увидеть людей через дым
Остаток теплового следа
Поиск человека по тепловому следу оставленному по месту его касания на мебели, полу (в зависимости от условий следы сохраняются около 5 минут)
Применение тепловизора в промышленности
Использование тепловизора при поиске горючих, ядовитых жидкостей (сжиженных газов) в емкостях
Тепловизор не способен видеть через стекло автомобиля Применение в энергетике проверка проводки под напряжением
Тепловизор способен видеть скрытую электропроводку под напряжением и различать неравномерность распределения температуры в электропроводах
Возможности в различных условиях
Стекло
ИК излучение не проходит через стекло, однако нагретое стекло будет отображаться, как более светлая область.
Нагретое стекло светлее
Зеркало
ИК излучение отражается через зеркало
Вода
ИК излучение не проходит через воду, в некоторых случаях проникает через туман или изморось.
Инфракрасное излучение не проходит через воду
Пар и Распыленная вода
ИК излучение может проникать или не проникать через пар, в зависимости от его плотности.
Например, туман не является преградой для тепловизора.
Распыленная струя воды и работа тепловизора Выявление горячих пятен тепловизором
Выявление «горячих пятен»
Функция температурного датчика
Некоторые модели тепловизоров имеют функцию TT-датчика. ТТ функция окрашивает наиболее нагретые участки цветом. Чем горячее участок, тем темнее тона (на рисунке – синим цветом)
Пример использования тепловизора с датчиком при пожаре
Пример использования тепловизора с ТТ-датчиком на пожаре
Вариант использования тепловизора на пожаре
Использование тепловизора на пожаре
Видео с пожаров при работе
Материал подготовлен совместно с кафедрой ПС, ФП и ГДЗС (ИПСА ГПС МЧС России)
fireman.club
Тепловизоры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности
Тепловизоры это устройства, с помощью которых можно контролировать распределение температуры измеряемой поверхности. Эта поверхность изображается на экране прибора в виде цветового поля. На этом поле определенный цвет соответствует некоторой температуре. На экране отображается интервал видимой температуры. Стандартное разрешение тепловизоров последних моделей составляет 0,1 градус.
В недорогих устройствах информация сохраняется в памяти прибора и при необходимости считывается через компьютер. Чаще всего такие приборы используют совместно с ноутбуком и специальной программой, принимающей информацию с тепловизора.
Впервые тепловизор появился еще в 30-х годах прошлого века. Современные системы тепловизоров стали развиваться только в 60-х годах. Приемники теплового излучения были с одним элементом. Изображение в приемниках осуществлялось с помощью точечного смещения оптики. Такие приборы имели низкую производительность и давали возможность для наблюдения за изменениями температуры с малым быстродействием.
С развитием технического прогресса появились фотодиодные ячейки, способные хранить сигнал света. Стало возможным проектирования новых тепловизоров на базе матриц датчиков. С этих матриц сигналы поступают на дешифратор, далее на обработку в главный процессор прибора.
В определенной последовательности сигналы проецируются на матрицу с распределением температур с разными обозначенными цветами. Такой принцип дал возможность получить портативные автономные устройства, способные оперативно обрабатывать данные, позволяющие контролировать изменение температуры в реальном времени.
Перспективной разработкой новых тепловизоров стало использование неохлаждаемых болометров. Этот принцип основан на повышенной точности вычисления изменения сопротивления тонких пластин под воздействием излучения тепла всего спектра. Эта технология популярна во многих странах при производстве новых тепловизоров, к которым предъявляются высокие требования безопасности и мобильности. В нашей стране изготовление автономных тепловизоров с неохлаждаемыми болометрами начато в 2007 году.
Классификация
Тепловизоры делятся на несколько видов по различным признакам.
Наблюдательные преобразуют инфракрасные лучи в видимый для глаза свет по специальной цветовой шкале.
Измерительные тепловизоры способны определять температуру исследуемого объекта путем присвоения величине цифрового сигнала пикселей определенную соответствующую температуру. В итоге образуется изображение распределения температур.
Стационарные тепловизоры служат для использования на предприятиях промышленности, где осуществляется контроль над соблюдением технологических процессов в интервале -40 +2000 градусов. Такие устройства оснащаются азотным охлаждением, чтобы создать нормальные условия для работы приемной аппаратуры. Такие системы состоят из тепловизоров 3-го поколения, выполненных на полупроводниковых матрицах фотоприемников.
Переносные устройства тепловидения разработаны на основе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Вследствие чего появилась возможность отказаться от применения громоздкой и дорогой аппаратуры охлаждения. Такие приборы имеют все преимущества стационарных моделей. При этом их можно использовать в труднодоступных местах. Многие переносные тепловизоры можно подключать к компьютеру для обработки информации.
Часто приборы ночного видения путают с тепловизорами. Однако между ними большая разница. Устройство ночного видения может работать при малой освещенности, так как усиливает свет. Часто попавший в объектив свет ослепляет человека. Для тепловизора не нужен свет, так как его принцип действия основан на тепловых инфракрасных лучах.
Работа и конструктивные особенности
Излучение инфракрасного цвета фокусируется оптической системой тепловизора на приемнике, который подает сигнал в форме изменения сопротивления или напряжения.
Электроника регистрирует полученный сигнал от системы тепловидения. В результате сигнал преобразуется в электронную термограмму. Она изображается на дисплее.
Термограммой называется изображение объекта, которое прошло обработку электронной системой для отображения ее на экране с различными цветовыми оттенками, соответствующими распределению инфракрасных лучей по площади объекта. В результате оператор видит термограмму, соответствующую излучению тепла, приходящего от исследуемого объекта.
Чувствительность детектора к излучению тепла зависит от его собственной температуры, и качества охлаждения. Поэтому детектор располагают в специальное охлаждающее устройство. Наиболее популярный вид охлаждения – это жидкий азот. Однако этот метод неудобный и довольно примитивный.
Другим видом охлаждения стали элементы Пельтье. Это полупроводники, способные обеспечить перепад температур при прохождении по ним электрического тока, и действующие по принципу теплового насоса. Чувствительность датчика тепловизора создается с помощью чувствительных полупроводников, выполненных из ртуть-кадмий-теллура, антимонида индия и других материалов.
Части и элементы тепловизора
Стоимость тепловизора довольно высока. Основными его элементами являются объектив и матрица (приемник излучения), которые составляют 90% стоимости всего прибора. Такие матрицы сложны в изготовлении. Объектив невозможно выполнить из стекла, так как стекло не пропускает инфракрасные лучи. Поэтом для объективов используют дорогие редкие материалы (германий). В настоящее время ведутся поиски других недорогих материалов.
Другими составными частями прибора являются:
1 — Крышка объектива
2 — Дисплей
3 — Управление
4 — Ручка с ремнем
5 — Тепловизор
6 — Пуск
7 — Объектив
8* — Электронная система
9* — Память для хранения информации
10* — Программное обеспечение
Объективы
В тепловизоре в обязательном порядке имеется хотя бы один объектив, который способен фокусировать излучение инфракрасных волн на приемнике излучения. Далее приемник подает электрический сигнал и образует тепловое (электронное) отображение, которое называется термограммой.
Чаще всего объективы изготавливают из германия. Чтобы оптимизировать пропускание света объективами, применяют просветляющие тонкопленочные покрытия. В комплект тепловизора обычно входит чехол для хранения и переноски устройства, другого дополнительного оборудования для применения прибора в полевых условиях.
Дисплеи
Отображение картины теплового излучения осуществляется на жидкокристаллическом экране (дисплее). Он должен иметь хорошую яркость и достаточный размер для легкого обзора изображения при различных условиях освещения, в полевых условиях. На экране обычно имеется вспомогательная информация. К ней относится цветовая шкала температур, время, дата, заряд батареи, температура объекта и другая полезная информация.
Схема обработки сигнала и приемник излучения применяются для модификации излучения инфракрасного света в необходимую полезную информацию. Фокусировка теплового излучения объекта осуществляется на специальный приемник. Он изготовлен из полупроводников. Тепловое излучение создает электрический сигнал на приемнике. Далее сигнал поступает на электронную схему, расположенную внутри прибора, после обработки сигнала электроникой, на экране возникает тепловое изображение.
Органы управления
С помощью этих элементов производятся различные настройки электронной системы для оптимизации изображения теплового излучения на дисплее. Такие настройки в электронном виде могут изменить цветовую гамму и слияние изображений, интервал теплового уровня. Также регулируется отраженная фоновая температура и коэффициент излучения.
Хранилище данных
Цифровые электронные данные, которые содержат изображения тепла и вспомогательные данные, могут сохраняться на электронных картах памяти различного типа, либо на устройствах передачи и хранения информации.
Большинство тепловизионных инфракрасных систем способны сохранять вспомогательные текстовые и голосовые данные, а также снимок изображения, которые получены при помощи внутренней встроенной камеры, работающей в спектре видимости человеком.
Создание отчета и программное обеспечение
Программное обеспечение, применяемое с многими современными системами тепловидение, является удобным и функциональным для оператора. Тепловые цифровые и видимые изображения копируются на компьютер или ноутбук. Там эту информацию можно проанализировать с применением разных цветовых палитр, осуществить другие регулировки радиометрических данных.
Также есть возможность применить встроенные опции проведения анализа. Обработанные картинки можно включить в образцы отчетов или отпечатать на принтере. Изображения также можно по интернету отправить заказчику, либо сохранить на компьютере в электронном виде.
Сфера применения тепловизоров
Тепловизоры используются в различных сферах нашей жизни. Так, например эти устройства используются в охране объектов и военной разведке. Ночью человека можно через этот прибор заметить в полной темноте на удалении до 300 метров, а военную технику видно до 3 км.
В настоящее время существуют видеокамеры микроволнового рабочего диапазона с выходом изображения на компьютер. Чувствительность такой камеры несколько сотых долей градуса. Следовательно, если вы взялись за ручку двери ночью, то тепловой отпечаток после этого будет видно около 30 минут.
Большую перспективу имеют тепловизоры в определении дефектов в разных установках. Это имеет место в случае повышения или понижения температуры определенного места механизма, или устройства. Иногда определенные дефекты выявляются только тепловизором. На опорных тяжелых конструкциях (мостах) при усталостном старении металла, возникающих деформациях в некоторых местах выделяется больше тепла, чем положено. Поэтому есть возможность диагностики дефектов без разборки объекта.
В результате можно сказать, что тепловизоры применяются в качестве оперативного контролера безопасности объектов.
Широкое применение тепловизоры нашли в медицине в качестве диагностики патологии различных заболеваний. У здорового пациента температура тела распределена симметрично от средней линии всего тела. Если эта симметрия нарушается, то это является критерием диагностики заболеваний тепловизором.
Термография является современным методом диагностики в медицине. Этот метод основан на обнаружении инфракрасного излучения тела человека в зависимости от его температуры. Интенсивность и распределение излучения тепла в норме определяется своеобразными физиологическими процессами, которые происходят в организме в глубоких и поверхностных органах.
Разные состояния патологии характеризуются несимметричностью распределения температуры тела. Это находит свое отражение на термографической картине. Такой факт имеет важное прогностическое и диагностическое значение. Об этом свидетельствуют многие клинические исследования.
Существуют два главных вида термографии:
Телетермография.
Контактная холестерическая термография.
Телетермография действует на модифицировании инфракрасных лучей от тела человека в сигнал электрического тока, изображающегося на дисплее тепловизора.
Контактная холестерическая термография работает по принципу оптических свойств жидких кристаллов, проявляющихся изменением цвета в радужные цвета при нанесении их на излучающие поверхности. Более холодным местам соответствует синий цвет, а горячим – красный.
Применение в промышленности
Контроль процессов обмена тепла в выхлопных системах, двигателях и радиаторах автомобиля.
Проверка и проектирование тормозной системы автомобиля.
Контроль ультразвуковой сварки.
Разработка климатической системы автомобиля.
Контроль качества монтажных плат в электронике.
Контроль режима сварки.
Выявление несоосности валов, подшипников, шестерен.
Анализ напряжений металла.
Контроль изоляции и герметичности емкостей для жидкостей.
Определение свойств теплоизоляции.
Выявление потерь тепла в помещениях.
Диагностика конструкций ограждений.
Предотвращение пожаров.
Выявление утечки газа из газопровода.
Контроль технологических процессов.
Проверка электрооборудования.
Проверка работоспособности тепловых трасс.
Выявление мест подсоса холодного воздуха.
Контроль теплоизоляции трубопроводов.
Проверка оборудования с наполнением маслом.
Проверка статора генератора.
Контроль газо- и дымоходов.
Похожие темы:
electrosam.ru
No related posts.