Как работает тепловизор. Что такое тепловизор? Описание технологии

Что такое тепловизор и для чего он нужен, как правильно выбрать тепловизор и на какие характеристики обращать внимание при покупке. Разновидности и в чём отличие от приборов ночного видения.

Что такое тепловизор?

Тепловизор - измерительный прибор, который позволяет видеть тепловое (инфракрасное) излучение окружающих объектов в любое время суток, измерять температуру в любой точке на поверхности с точностью 0,1°С и выше. Основное предназначение тепловизора - бесконтактное измерение температуры объектов живой и неживой природы, поиск неисправностей оборудования и электрики, недочётов строительства. Тепловизионные камеры создают чёткие тепловые изображения, основываясь на разнице температур. А сложные алгоритмы простых с виду камер считывают с этих изображений температурные значения. Самые горячие места окрашиваются в красный, жёлтый и оранжевый цвета, холодные в синий и чёрный.

Популярность тепловизоры обрели благодаря возможности применения во всех отраслях жизнедеятельности человека. Самые популярные области применения это строительство, охота, медицина и промышленность. Всё чаще тепловизоры используются и в быту для обследования квартир и частных домов, позволяют находить места утечек тепла и неполадки в электрике.

Принцип работы тепловизора

Принцип работы тепловизора основан на регистрации и анализе температур поверхности объектов. У каждого из материалов своя отражающая и поглощающая инфракрасное излучение способность. Неравномерность нагрева одной и той же поверхности позволяет формировать картину распределения температуры на ней, ассоциируя цвет на дисплее с температурой. При этом температурное разрешение составляет величину 0,05-0,1 градуса. Особенности спектрального диапазона 8-14 мкм и 3-5,5 мкм, в котором работают тепловизоры, таковы, что приземные слои атмосферы наиболее прозрачны для данной длины волны, при этом обеспечивается наибольшая дальность наблюдения объектов, излучающих в диапазоне температур от -50 до +500 градусов. В данном диапазоне частот наименьшие помехи от атмосферных явлений — туман, дождь, снег, дым.

Человеческий глаз видит очень маленькую часть электромагнитного спектра. Наши «детекторы» несовершенны, мы воспринимаем только видимый свет, инфракрасное излучение находится за пределами возможностей наших глаз. Видимый свет занимает диапазон длин волн электромагнитного излучении от 0,38 до 0,76 мкм, причем середина этого диапазона приходится на длину волны 0,55 мкм, которая соответствует максимуму солнечного излучения. Поскольку весь диапазон электромагнитного излучения простирается от ангстрем до сотен километров и фактически не ограничен ни «слева», ни «справа», человеческая цивилизация на протяжении своей технологической истории стремится освоить те диапазоны излучения, где глаз человека бессилен.

ИК-излучение находится в диапазоне между видимым светом и СВЧ- диапазоном электромагнитного спектра. Инфракрасное (ИК) излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Основным источником инфракрасного излучения является тепло или тепловое излучение. Любой предмет с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 °C или 0 градусов Кельвина) испускает излучение в ИК-области. Даже объекты, которые нам кажутся очень холодными, такие как кубики льда, испускают ИК-лучи. Иными словами, если бы глаз человека видел в ИК диапазоне, то мы могли бы оценивать температуру объектов, не прикасаясь к ним.

Тепло солнечных лучей, костер или радиатор отопления - все это ИК-излучение. Хотя глаза его не видят, наша подкожная нервная система ощущает это излучение как тепло. Чем теплее объект, тем больше ИК-излучение он испускает. Инфракрасное излучение, исходящее от объекта, фокусируется объективом тепловизора на инфракрасном детекторе. Этот детектор передает сигнал в электронный блок для обработки изображения. Электронный блок преобразует сигналы, поступающие от датчика, в тепловизионное изображение, которое отображается в видоискателе, на стандартном мониторе или ЖК-дисплее. А за счёт преобразования инфракрасного изображения в радиометрическое, считываются температурные значения с тепловизионного изображения.

Интересный факт

Инфракрасное зрение животных

Человек многое «подсмотрел» у природы, создавая свои приборы и механизмы. В живой природе существуют естественные аналоги тепловизоров. Специальные органы, улавливающие тепловое излучение, имеются у ряда животных. Например, змеи используют молекулярный алгоритм обработки данных о внешнем мире. Эта сенсорная система, называемая ямками, позволяют из всего многообразия теплых предметов, существующих в окружающем мире, выбирать только те, что движутся и представляют определенный интерес для пропитания. Строение такого органа довольно простое. Рядом с каждым глазом есть отверстие диаметром около миллиметра, которое ведет в небольшую полость такого же размера. На стенках полости расположена мембрана, содержащая матрицу из клеток-терморецепторов размером примерно 40 на 40 клеток. Эти клетки реагируют не на «яркость света» тепловых лучей, а на локальную температуру мембраны. Орган шестого чувства змеи работает как камера-обскура, прототип фотоаппаратов. Мелкое теплокровное животное на холодном фоне испускает во все стороны «тепловые лучи» — инфракрасное излучение с длиной волны примерно 10 микрон. Проходя через дырочку, лучи локально нагревают мембрану и создают «тепловое изображение». Благодаря высокой чувствительности клеток-рецепторов (детектируется разница температур в тысячные доли градуса Цельсия!) и неплохому угловому разрешению, змея может заметить мышь в абсолютной темноте с довольно большого расстояния. Другой вариант «теплового» зрения есть у глубоководных кальмаров. Помимо обычных глаз по нижней поверхности тела кальмара расположены особые органы, улавливающие инфракрасные лучи. Их устройство схоже с обычным глазом, которые при этом имеет дополнительный светофильтр, поглощающий все остальные лучи, кроме инфракрасных, и расположенный перед преломляющей линзой-хрусталиком.

Что может тепловизор?

В процессе тепловизионной диагностики, а также при выполнении энергоаудита, с помощью тепловизора выявляют места с аномальным отклонением температур, то есть чаще всего используют прибор в качестве индикатора. Большинство тепловизоров могут не только получать тепловизионные изображения объектов, но и определять поверхностную температуру в отдельных точках.

Выявляя «перегретые» элементы, тепловизор позволяет обнаруживать неправильно функционирующие узлы механических агрегатов, которые подвержены повышенному трению, дефекты контактных соединений, коммутационной аппаратуры и токопроводящих линий силового электрооборудования. В строительной сфере тепловизионная съемка используется для энергоаудита, проверки качества строительно-монтажных работ (в том числе для контроля правильности монтажа оконных блоков, теплоизоляции и пр.), поиска протечек и скрытых дефектов, выявления мест, где может появляться плесень, диагностики электросетей и коммутационного оборудования, проверки работы систем отопления и пр.

Классификация измерительных тепловизоров по применению:

для обследования электрооборудования и электрики;
для поиска утечек тепла-холода;
для поиска утечек газа/разливов нефти;
для контроля и автоматизации технологических процессов;
для научных исследований.

Основные характеристики и цена тепловизора

В наибольшей степени цена тепловизора зависит от разрешения ИК матрицы, температурного диапазона, дальности действия (большие германиевые объективы стоят дороже) и дополнительных измерительных функций. Самый недорогой тепловизор сегодня можно купить за 19000 рублей, за эту цену вы получите простой прибор, который подойдёт для повседневных нужд в быту. Самые дорогие модели - профессиональные тепловизоры с большой матрицей для энергоаудита, технической и промышленной диагностики стоят от миллиона и выше. Рассмотрим основные характеристики этих приборов.

Разрешение инфракрасного детектора - основная характеристика, определяющая функциональность конкретной модели и «результативность» термографирования. Самыми доступными по цене являются модели с разрешением 60х60, тепловизоры верхнего ценового диапазона имеют разрешение свыше 640х480. Важно не путать разрешение ИК-детектора с характеристиками встроенной камеры видимого диапазона и разрешением дисплея прибора.

Разрешение тепловизора - это количество отдельных «точек измерения» по горизонтали и вертикали, отображаемых на термограмме. Внешне похожие модели с одинаковым размером экрана, но с разным разрешением ИК-матрицы, в процессе съемки будут показывать похожие «картинки», однако при детальном рассмотрении термограммы на компьютере (или после распечатки полноформатного снимка) разница будет заметна - чтобы получить качество 120х120 при помощи тепловизора с разрешением 60х60 необходимо сделать 4 снимка с близкого расстояния.

В большинстве случаев базовые модели с низким разрешением используются для оперативной диагностики электромеханического оборудования, коммутационной и электросиловой аппаратуры, поиска протечек, определения источников теплопотерь в помещениях и т.п. С задачами энергоаудита зданий высотой до 5 этажей успешно справляются модели тепловизоров разрешением 120х120. Для тепловизионного обследования крупных объектов обычно используют модели с разрешением 320х240 (для зданий до 16 этажей) и 640х480.

Тепловизоры с высоким разрешением позволяют получать «за один раз» термограммы высокого качества, однако, даже имея модель более низкого класса (со «слабым» разрешением), можно получить такие же результаты, выполнив серию снимков и «сшив» их при помощи соответствующего программного обеспечения (некоторые приборы имеют специальную функцию панорамирования, которая упрощает эту задачу).

Дополнительная «оптика» (сменные объективы) позволяют расширить возможности тепловизора, выполняя тепловизионное обследование общего плана с использованием широкоугольного объектива, такая оптика удобна, если объект находится вплотную к оператору и следует просматривать как можно большую площадь (научные исследования, строительство и энергетика). Для детальных снимков удаленных объектов или отдельных элементов (например, верхних этажей зданий, опор ЛЭП, дымовых труб, ИК съемка с борта вертолета) - применяя телеобъектив.

Следует учитывать, что широкоугольные объективы увеличивают «угол зрения» прибора, а телеобъективы - сужают.

В профессиональных тепловизорах ИК объектив является сложным узлом, включающим набор линз и зеркал из хрупких, дорогостоящих и требующих прецизионной обработки материалов типа кремния, германия и специальных ИК стекол. Основными параметрами объективов, которые важны для потребителя, являются фокусное расстояние и угол зрения.

Температурный диапазон , в котором тепловизор может выполнять измерения, (или диапазон контролируемых температур) определяет сферу применения прибора. Для термографирования зданий вполне подойдут тепловизоры с верхним температурным диапазоном до +100°C, для диагностики электроустановок и промышленных агрегатов требуются приборы, способные выполнять измерения до +350°C, а для проверки котлов, теплогенераторов и пр. необходимы более «высокотемпературные» модели (до +650°C). В литейной, стекольной, химической промышленности, в энергетике, где температуры могут достигать до +1200°C (или выше) используются модели тепловизоров с соответствующим температурным диапазоном.

Выбирая тепловизор, конечно же, следует «оставлять» определенный «температурный запас», однако чрезмерно завышать требования к температурному диапазону не стоит - это неразумное расходование средств.

Чувствительность - это величина минимального температурного перепада, которую способен определять тепловизор. От этой характеристики зависит «контрастность» получаемого изображения. Для энергоаудита вполне достаточно чувствительности в 0,1°C. Для обнаружения «перегретых» узлов электросилового или механического оборудования могут использоваться и менее чувствительные модели. Повышенная чувствительность требуется для выявления участков с повышенной влажностью, протечек, скрытых дефектов и т.п.

Точность измерений (погрешность) . Почти все тепловизоры (с неохлаждаемой болометрической матрицей) обеспечивают точность измерений не ниже 2%, что вполне достаточно для решения большинства задач по диагностике и энергоаудиту. Более высокую точность обеспечивают модели с азотным охлаждением, которые чаще используются для научных исследований и при контроле технологических процессов.

Спектральный диапазон . Для выполнения большинства задач (например, по термографированию зданий) используют тепловизоры со спектральным диапазоном 7-14 микрон. Съемку зданий со сплошным остеклением обеспечивают модели со спектральным диапазоном 3-5 мкм (с охлаждаемой матрицей), которые позволяют определять поверхностную температуру стеклоподобных объектов и при этом не учитывают их отражающую способность.

Размер экрана тепловизора имеет значение при оперативном тепловизионном обследовании, когда нужно быстро и без ошибок выявить неисправность на месте. Для энергоаудита эта характеристика важна не в такой мере, ведь при составлении отчетов качество снимков определяется только разрешением ИК-датчика.

Дополнительные функции

Большинство тепловизоров (кроме бюджетных моделей) оснащаются встроенными видеокамерами с функцией сохранения изображения, благодаря чему имеется возможность наложения (полного или в режиме «картинка в картинке») изображений инфракрасного и видимого спектров. Модели верхнего ценового диапазона позволяют производить видеозапись.

Для более эффективной обработки результатов тепловизионной диагностики полезными оказываются функции аннотирования термограмм, а также их позиционирование (с использованием встроенного компаса или GPS). Для диагностики и выявления мест образования плесени оказываются востребованными функции температурной сигнализации и обнаружения участков с максимальными и минимальными температурными показателями.

Выбирая тепловизор, в обязательном порядке следует ознакомиться с возможностями программного обеспечения (если оно поставляется в комплекте с прибором), или же приобрести специальный софт отдельно.

Производители тепловизоров

Производителей тепловизоров с каждым годом становится всё больше, конкуренция растёт, появляются новые бренды, но не все они заслуживают внимания. Перечислим несколько брендов, которые вы смело можете покупать, не переживая за потраченные деньги. Инвестиции в надёжное и качественное оборудование окупятся.

Компания FLIR

Компания является одним из пионеров в разработке и производстве тепловизионной техники. Первая тепловизионная камера была продана в 1965 году компанией, которая впоследствии стала известна как FLIR Systems. Она была разработана для осмотра высоковольтных линий электропередачи. Компания FLIR прошла длительный путь развития и ведет свою историю от шведской фирмы AGEMA Infrared Systems (основана в 1958 г., тогда фирма AGA). Ее продукция - тепловизионные камеры более 60 лет работают по всему миру и используются в самых разных областях. Применяются для технической диагностики и задач обеспечения безопасности предприятий до проведения научных исследований и медицинской диагностики. В 1997 г. произошло расширение фирмы AGEMA Infrared Systems путем ее слияния с крупнейшими производителями ИК аппаратуры в США - фирмами FLIR и Inframetrics, так образована компания FLIR Systems. В 2004 г. в состав FLIR Systems вошла компания Indigo Systems - ведущая компания в области разработки детекторов и специализированного программного обеспечения (ПО). Сегодня объёмы производства компании FLIR занимают от 60 до 75% всего мирового рынка тепловизоров. А сами тепловизоры FLIR считаются одиними из лучших в мире. Именно с этих тепловизоров и начиналась история компании ПЕРГАМ, когда в 1996 году мы продали первый тепловизор FLIR в Москве.

Компания Fluke

Мировой лидер в производстве, продаже и обслуживании электронных измерительных приборов и программного обеспечения. Тепловизоры Fluke - это качественные, надёжные, безопасные и лёгкие в применении приборы, необходимые для инженерных и электрических работ, требующих высокой точности и качества измерений. Тепловизоры Fluke хорошо известны в России и востребованы среди профессионалов. Все камеры соответствуют стандартам Fluke по прочности, надежности и точности. Приборы предназначены для повседневного использования в любых условиях, для точных и обстоятельных обследований, качество и надёжность проверено временем и тысячами покупателей. Универсальные приборы базового уровня оснащены минимальным набором опций, матрицы от 120x120 до 160x120 пикселей, средняя цена от 100 до 150 т.р. Тепловизоры Флюк Professional Series или экспертной серии Expert Series позволяют получать изображения с разрешением 1024 × 768 пикселей на большом экране. Ассортимент моделей покрывает практически все потребности строительной и промышленной отраслей, а тепловизоры с детектором газа подойдут для применения в нефтегазовой сфере. С момента своего основания в 1948 г. компания Fluke принимала участие в развитии рынка технологий по тестированию и диагностике неисправностей. Эти направления особенно важны в производственных и обслуживающих отраслях. Каждое новое предприятие, офис, больница или завод - потенциальные потребители продукции Fluke.

Компания Testo

Известный во всём мире немецкий производитель контрольно-измерительного оборудования для систем вентиляции, кондиционирования, отопления, энергетики, нефтегазовой, строительной, фармацевтической, пищевой и других отраслей промышленности. История компании начинается с разработки первого медицинского термометра в 1957 году. В 2006 году компания открыла официальное представительство в Российской Федерации. С 2008 года тепловизоры Testo начинают завоёвывать рынок. Сегодня тепловизоры компании Тесто незаменимы для обнаружения утечек тепла в зданиях, поиска скрытых строительных дефектов. В промышленности и электрике они помогают диагностировать неисправности и вовремя предотвращать выход из строя оборудования. Компания testo предлагает широкий ассортимент современных тепловизионных камер для проведения тепловизионных обследований различных объектов, проведения энергоаудитов и диагностики состояния оборудования и НИОКР. Немецкая педантичность, точность и аккуратность стали залогом качества тепловизоров Testo, которые заняли свою нишу в области тепловизионного оборудования. Это действительно надёжные и качественные приборы, которые не ломаются и работают на совесть, они неприхотливы в обслуживании, адаптированы для применения в непростых российских условиях. По цене чуть дешевле аналогов от FLIR и Fluke. По качеству ничем не уступают, а брутальный дизайн выбран специально для того, чтобы подчеркнуть надёжность приборов.

Компания Guide Infrared

Единственный китайский разработчик и производитель тепловизионного оборудования, покрывающего все сферы применения. Компания основана в 1999 году, имеет собственные заводы и даже создала целы индустриальный парк Guide площадь которого ни много ни мало 133 400 квадратных метров. На территории парка расположены все производственные мощности компании, международный научно-исследовательский центр, симуляционная лаборатория и жилые комплексы для сотрудников. В ассортименте компании сотни продуктов: коммерческие системы тепловизионного видеонаблюдения, измерительные тепловизоры, правительственные тепловизионные системы, линзы ночного видения, тепловизионные модули, тепловизоры для пожарных, тепловизионные сетевые камеры, тепловизионные бинокли и монокуляры, системы ночного видения. Компания имеет сертификат ISO9001, сертифицирована в соответствии со стандартом CE и GJB9001A. Во всех подразделениях Wuhan Guide, включая не так давно открытую в Европе компанию EUNIR Systems NV (Бельгия), работает более 1500 сотрудников. На счету китайской компании Wuhan Guide более 40 государственных и международных патентов (в их числе «GuideIR», «MobIR» и «Thermo Pro», «EasIR»), 15 торговых марок и 9 авторских прав на программное обеспечение для тепловизоров. Тепловизоры Guide - практичные и надёжные приборы по адекватной цене с хорошим функционалом. Компания «ПЕРГАМ» является эксклюзивным дистрибьютором Wuhan Guide Infrared на территории Российской Федерации.

Бренд Pulsar

Бренд принадлежит компании Yukon Advanced Optics Worldwide. Тепловизоры, прицелы и монокуляры Pulsar пользуются огромным спросом у охотников во всём мире. Это одни из лучших приборов на рынке по потребительским качествам и цене. Компания Yukon Advanced Optics Worldwide основана в 1998 году на базе двух частных предприятий. Первое - производственное объединение в Республике Беларусь, которое с 1991 года занималось выпуском зрительных труб, второе - компания, занимающаяся продажей оптики, расположенная в штате Техас, США. На старте компания продавала дневные оптические наблюдательные приборы (зрительные трубы и бинокли) под маркой Yukon. Ассортимент рос, начали выцпускать приборы ночного видения и прицелы NVRS. Широкая линейка ПНВ и стала основой торговой марки компании - Pulsar. Сегодня Yukon Advanced Optics Worldwide - это крупнейший производитель наблюдательной оптики для гражданского рынка, в ассортименте компании: цифровые прицелы ночного видения, цифровые лазерные дальномеры, дневные оптические прицелы, тепловизионные приборы, ночные насадки на дневные прицелы, ифровые прицелы с лазерным дальномером, тепловизионные прицелы и насадки, бинокли и очки ночного видения. Компания представлена более чем в 70 странах мира.

Компания ПЕРГАМ

Компания «ПЕРГАМ» основана в 1996 году. Занимается поставкой и производством оборудования для технической и промышленной диагностики. Всё начиналось с продажи тепловизоров компании FLIR, за 22 года компания превратилась в одного из ведущих поставщиков большого ассортимента оборудования неразрушающего контроля. Наладили производство собственного оборудования под брендом ПЕРГАМ: сегодня мы производим тепловизоры для систем охранного наблюдения, медицинские тепловизоры и тепловизионные камеры для автомобилей, катеров и спецтехники. Производим гиростабилизированные тепловизионные системы для вертолётов и легкомоторных самолётов, телескопические мачты для коммуникаций и видеонаблюдения, мобильные быстровозводимые комплексы наблюдения, тепловизионные модули. Разработали уникальное оборудование для поиска утечек газа ДЛС-ПЕРГАМ. Занимаемся внедрением тепловизионных систем безопасности и видеонаблюдения. В нашем арсенале военные тепловизоры и профессиональные системы двойного назначения. Охрана государственных границ и важных коммерческих объектов, морских портов и аэропортов, специальные операции, наблюдение с воздуха, а также научные исследования и разработки — это лишь небольшая часть проектов, где используется наше оборудование.

Как выбрать тепловизор

Поскольку тепловизор - это универсальный прибор для измерения температуры и анализа тепловых полей, вы можете испытывать сильное искушение применить его для решения максимального числа измерительных и диагностических задач. Это первая мысль, от который вы должны избавиться при выборе камеры. При покупке тепловизора, первое, что следует чётко представлять - основные области его дальнейшего применения, второе - определиться с бюджетом.

Тепловизоры для охраны периметра

В отличие от измерительных, охранные тепловизоры не измеряют температуру объектов, у них другие задачи. Применение тепловизора в качестве «дальнобойного» и высокочувствительного прибора ночного видения потребует от вас приобретения длиннофокусной оптики, но не требуется функций измерения температуры. Охранный тепловизор должен давать чёткие изображения нарушителя на больших расстояниях при максимальном рабочем диапазоне температур, чтобы исключить ложные срабатывания охранных систем. Обращайте внимание на разрешение матрицы тепловизора, чем она больше, тем чётче картинка, но и дороже сам тепловизор. Вот наиболее подходящие модели и параметры тепловизоров для охраны периметра:

VOx – микроболометр на оксиде ванадия
α-Si – микроболометров на аморфном кремнии

Модели:

поворотная тепловизионная система с дальностью обнаружения человека до 3000 метров;
мультисенсорная система с разрешением 640 х 480 для охраны особо важных объектов;
гиростабилизированная оптико-электронная система видеонаблюдения на базе тепловизора с разрешением матрицы 640×512 пикселей;
охранный для установки во взрывоопасных зонах.

Простые недорогие тепловизоры до 100000 рублей

К простым недорогим приборам для повседневных нужд (тепловизионное обследование квартиры, дачи, дома, проверка электрики, поиск неисправностей в проводке автомобиля, тёплых полов и т.д.) можно отнести модели:

миниатюрный тепловизор для смартфона с матрицей 160х120 пикселей;
влагомер со встроенным тепловизионным модулем с матрицей 80х60;
- недорогой тепловизор для обследования электроники и электропроводки;
бюджетный с матрицей 160 x 120 пикселей для технического обслуживания и монтажных работах в строительстве и промышленности.

Тепловизоры для строительства и электрооборудования

Обследование тепловизором зданий и сооружений позволяет выявить утечки тепла в здании, в энергетике - найти причины неисправностей электрооборудования. Для ИК диагностики в строительстве и энергетике оптимальным выбором будут камеры с разрешением матрицы от 320 x 240 пикселей и функцией цифрового увеличения изображения, которая позволяет увидеть больше деталей и создавать термограммы с разрешением 640 x 480 и 1024 × 768 пикселей.

В условиях российского сурового климата важным параметром является диапазон рабочих температур окружающей среды, поскольку обследование строительных объектов чаще проводят в зимний период, когда разница температур в помещении и на улице максимальна. Очень часто температурные неоднородности слишком малы, величиной в несколько градусов, именно поэтому отопительный сезон - это идеальное время для обследования зданий. Чем больше перепад температур, тем проще обнаружить потери энергии. Перепад температур между внутренним и наружным воздухом при тепловизионном обследовании зданий должен быть не менее 10°C - 15°C. Чем выше перепад температур, тем точнее результаты обследования. Идеальные условия для тепловизионного обследования - это ясный безветренный вечер, температура в помещении +(20-25)⁰С, а внешняя температура - (0-10)⁰С или ниже. Если планируете обследовать дом или коммерческий объект в тёплое время года, когда перепад температур минимален, рекомендуем для создания дополнительного теплового напора. По данным министерства энергетики, устранение дефектов, обнаруженных при обследовании ограждающих конструкций зданий может сократить энергетические расходы минимум на 15%. Для энергоаудита зданий и предприятий подойдут модели:

FLIR T1020 - профессиональный с ик-матрицей 1024 × 768 пикселей;
- тепловизор с дальномером, съёмным объективом и встроенным GPS, матрица с разрешением 464 x 348 пикселей;
профессиональный измерительный с GPS и Wi-Fi, матрица 400×300 пикселей;
тепловизионная камера с матрицей 640×480, диапазон измерения температур от -20 до +2000ºC, большой выбор сменных объективов с чувствительностью F1.0 и F1.1;
тепловизор с матрицей 1024 × 768 пикселей, 32-кратным зумом, чувствительностью ≤ 0,05 °C;

Тепловизоры с каждым годом стремительно дешевеют, становятся доступны для широкого круга потребителей. Если раньше они стоили несколько десятков тысяч долларов и были доступны только для военных и крупных компаний, то сегодня самый . Если вам нужен измерительный или охранный тепловизор, пирометр со встроенным ИК-модулем, система видеонаблюдения на базе тепловизионных модулей с высоким разрешением, обращайтесь, поможем сделать правильный выбор.

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.

Страница 2 из 2

3. Устройство тепловизоров

Инфракрасное излучение является низкоэнергетическим и для глаза человека невидимо, поэтому для его изучения созданы специальные приборы - тепловизоры (термографы), позволяющие улавливать это излучение, измерять его и превращать его в видимую для глаза картину. Тепловизоры относятся к оптико-электронным приборам пассивного типа. В них невидимое глазом человека излучение переходит в электрический сигнал, который подвергается усилению и автоматической обработке, а затем преобразуется в видимое изображение теплового поля объекта для его визуальной и количественной оценки.

Диапазон инфракрасного излучения делится на несколько фрагментов:

Первые тепловизионные системы были созданы в конце 30-х гг. 20 в. и частично применялись в период 2-й мировой войны для обнаружения военных и промышленных объектов.

Общий принцип устройства всех тепловизоров следующий:

Тепловизор является дорогостоящим прибором. Его основные элементы - матрица и объектив составляют около 90% общей стоимости. Матрицы весьма сложны в производстве, но со временем, по заверениям экспертов, их цена может снизиться. С объективами ситуация сложнее: их нельзя сделать из стекла, потому что этот материал не пропускает ИК-излучение . По этой причине для создания объективов применяются редкие и дорогие материалы (например, германий). В наши дни активно ведутся поиски более дешёвых материалов.
Инфракрасное излучение концентрируется системой специальных линз и попадает на фотоприемник, который избирательно чувствителен к определенной длине волны инфракрасного спектра. Попадаемое на него излучение приводит к изменению электрических свойств фотоприемника, что регистрируется и усиливается электронной схемой. Полученный сигнал подвергается цифровой обработке и это значение передается на блок отображения информации. Блок отображения информации имеет цветовую палитру, в которой каждому значению сигнала присваивается определенный цвет. После этого на экране монитора появляется точка, цвет которой соответствует численному значению инфракрасного излучения, которое попало на фотоприемник. Сканирующая система (зеркала или полупроводниковая матрица) проводит последовательный обход всех точек в пределах поля видимости прибора и в результате мы получаем видимую картину инфракрасного излучения объекта. Чувствительность детектора к тепловому излучению тем выше, чем ниже его собственная температура, поэтому его помещают в специальное устройство – «холодильник». Наиболее примитивный, неудобный и самый распространеннный вид охлаждения с помощью жидкого азота. Это, конечно, позволяет охладить детектор до низких температур,но носить с собой сосуды дюара очень неудобно. Другой вид – посредством элементов Пельтье (полупроводники, дающие перепад температур (тепловой насос) при пропускании через них тока). Есть еще один вид "неохлаждаемых тепловизоров", работающих по другому принципу, но характеристики их пока заметно хуже, зато они намного мобильнее.
Таким образом, на экране тепловизора мы видим значения мощности инфракрасного излучения в каждой точке поля зрения тепловизора, отображенные согласно заданной цветовой палитре (черно-белой или цветной).
Высокая чувствительность тепловизоров реализуется благодаря наличию высокочувствительных полупроводниковых приемников излучения из антимонида индия InSb, ртуть-кадмий-теллура Hg-Cd-Te и др.

Применение тепловидения

Тепловизионный снимок кирпичного
фасада для оценки потерь тепла

Изображение собаки, сделанное тепловизором.

Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный ночной визир человека можно увидеть в полной темноте на расстоянии 300 м. Объекты обычной военной техники видны на расстоянии 2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешаемой способностью разницы температур отдельных участков поверхности) в несколько сотых градуса. Это значит, что если вы при входе всвою парадную взялись за ручку двери, чтобы открыть ее, то ваш тепловой отпечаток будет виден на этой ручке целых полчаса. Даже дома при выключенном свете вы будете светить как маяк даже через занавеску. В метро можно спокойно отличить людей, которые только что вошли. А наличие насморка у человека и занимался ли он чем-нибудь интересным до этого можно наблюдать на расстоянии в несколько сотен метров. О распознавании недавно выключенной машины или о том, кто и когда сидел на данном кресле даже нечего и говорить.
Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках. Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле наблюдается повышение или понижение тепловыделения при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то неполадку можно своевременно исправить. Иногда некоторые дефекты можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть трудности, связанные с не очень высокой точностью, вызванной промежуточными конструкциями.
Таким образом, тепловизор можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка функционирования дымоходов, вентиляции, процессов тепло- и массообмена, атмосферных явлений становиться на порядки удобнее, проще, информативнее.
Широкое применение тепловидение нашло в медицине.
В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника. Как абсолютно безвредный прибор тепловизор эффективно применяется в акушерстве и педиатрии.
У здорового человека распределение температур симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии и служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. По участкам тела с аномально высокой или низкой температурой можно распознать симптомы более 150 болезней на самых ранних стадиях их возникновения.
Термография - метод функциональной диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и интенсивность теплового излучения в норме определяются особенностью физиологических процессов, происходящих в организме, в частности как в поверхностных, так и в глубоких органах. Различные патологические состояния характеризуются термоасимметрией и наличием температурного градиента между зоной повышенного или пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое значение, о чем свидетельствуют многочисленные клинические исследования.
Выделяют два основных вида термографии:
1.Контактная холестерическаятермография.
2.Телетермография.
Телетермографияоснована на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический сигнал, который визуализируется на экране тепловизора.
Контактнаяхолестерическаятермография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их на термоизлучающие поверхности. Наиболее холодным участкам соответствует красный цвет, наиболее горячим-синий. Нанесенные на кожу композиции жидких кристаллов, обладая термочувствительностью в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой поток путем перестройки молекулярной структуры.
После рассмотрения различных методов тепловидения встает вопрос о способах интерпретации термографического изображения. Существуют визуальный и количественный способы оценки тепловизионной картины.
Визуальная (качественная) оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину инфракрасной радиации. Однако при визуальной оценке невозможно точное измерение температуры. Кроме того, сам подъем кажущейся температуры в термографе оказывается зависимым от скорости развертки и величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате небольшой по размерам патологический очаг может не обнаруживаться.
Радиометрический подход весьма перспективен. Он предполагает использование самой современной техники и может найти применение для проведения массового профилактического обследования, получения количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии.

Некоторые применения тепловизионных устройств в промышленности:

Энергетика

состояние дымовых труб и газоходов
состояние статоров генераторов
проверка маслонаполненного оборудования
теплоизоляция турбин, паро- и трубопроводов
обнаружение мест присосов холодного воздуха
контроль состояния теплотрасс

Нефтегазовый комплекс

проверка состояния электрооборудования
контроль технологических линий
поиск энергопотерь
обнаружение утечек из газопроводов
предотвращение пожаров

Энергосбережение

диагностика ограждающих конструкций
обнаружение теплопотерь во внутренних помещениях и снаружи зданий и сооружений
определение теплоизоляционных свойств материалов

Химическая промышленность

проверка герметичности и изоляции емкостей для хранения различных жидкостей и газов

Машиностроение

контроль подшипников, зубчатых передач, валов, муфт и т. д.
обнаружение несосности оборудования
контроль температурных режимов сварки
термоэластический анализ напряжений

Микроэлектроника

контроль качества сборки печатных плат

Автомобильная промышленность

проектирование климатических систем автомобиля
контроль за ультразвуковой сваркой амортизаторов
разработка и проверка дисковых тормозов
контроль теплообменных процессов в радиаторах, двигателях и выхлопных системах

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.

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. 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.

Содержание:

Основная функция тепловизора заключается в наблюдении за изменяющимся распределением температуры на какой-либо поверхности. Вся полученная информация отображается на дисплее, как цветовое поле, где каждый цвет соответствует определенному температурному значению. Современные модели тепловизоров могут быть стационарными и переносными. С помощью стационарных устройств контролируются различные технологические процессы, выполняемые на промышленных предприятиях. Переносные тепловизоры применяются в особых условиях, когда скорость и простота использования приобретают решающее значение.

Для работы тепловизоров годятся любые погодные условия. С их помощью составляются термограммы, проверяется качество утепления помещений, определяются наиболее холодные или теплые места в комнатах, источники сквозняков и места скопления воды из-за перепадов температур. Но, несмотря на все положительные качества, очень немногие могут приобрести его в личное пользование по причине довольно высокой стоимости. Поэтому многие умельцы пытаются изготовить тепловизор своими руками из подручных материалов.

Принцип работы тепловизора

Благодаря способности к идентификации тепловых волн, тепловизоры стали популярны во многих областях жизни и деятельности людей. Все неодушевленные предметы, наряду с живыми существами, производят излучение электромагнитных волн в достаточно широком диапазоне частот, в том числе и в инфракрасном спектре. Инфракрасное излучение часто называется тепловым. Степень его интенсивности находится в зависимости от температуры объекта и практически не изменяется при разной степени освещения.

Данное свойство положено в основу работы тепловизора, не только фиксирующего тепловое излучение, выделяемое объектами, но и преобразующего в форму, доступную для визуального восприятия. С этой целью в приборе устанавливается специальный объектив с оптикой из германия. Данный материал применяется для изготовления линз, беспрепятственно пропускающих тепловое излучение. Обычное стекло нельзя использовать, потому что оно задерживает инфракрасные лучи.

Проходя через систему линз, инфракрасные волны задерживаются на специальной матрице. Она выполнена в виде микросхемы, состоящей из светочувствительных диодов, способных изменять сопротивление в зависимости от интенсивности воздействия на них инфракрасных лучей. Современные технологии позволяют создать матрицу компактной, с низкой энергоемкостью. Для улучшения качества изображения предусмотрено ее охлаждение с помощью программных и аппаратных средств.

Токовые посылки, прошедшие через матрицу, считываются процессором и преобразуются в видеосигнал, который выводится на внешний монитор или дисплей тепловизора. Разница температур объекта и окружающей среды дают вполне четкий контур изображения. Каждая волна в зависимости от температуры, отображается с помощью разных цветов. Для более удобного пользования прибором в некоторых моделях поверх кадра выводится шкала, отображающая соответствие разных точек изображения, значениям абсолютной температуры объекта. Дополнительно могут отображаться минимальные и максимальные значения температур.

Современные приборы обладают точностью вычислений в пределах 0,05 градуса, что дает возможность получить наиболее реалистичную картинку. Чаще всего настройка тепловизора выполняется на тепловые волны длиной 3-5,5 мкм. Это дает возможность снизить до минимума влияние на чувствительность прибора таких природных явлений, как дождь, снег, туман и дым.

Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Одним из вариантов является самостоятельное изготовление тепловизора на базе фотоаппарата, в состав которого входит матрица со структурой, как и у настоящего прибора.

Изначально каждый фотоаппарат настраивается таким образом, чтобы человек получал изображения в натуральном виде. С этой целью устанавливается специальный фильтр, отражающий или поглощающий инфракрасные лучи. В результате, кривая чувствительности матрицы становится идентичной кривой человеческого глаза. Для того чтобы фотоаппарат стал выполнять функции тепловизора, из него нужно удалить фильтр инфракрасного излучения. Иногда вместо него устанавливается фильтр видимого спектра, не имеющий большого значения и не влияющий на качество изображения. Таким же образом можно изготовить тепловизор для охоты своими руками.

Готовый тепловизор может применяться в домашних условиях. С его помощью легко обнаружить места проникновения в помещение холодного воздуха, ликвидировать сквозняки и утечку тепла.

Тепловизор своими руками из смартфона

Сам смартфон невозможно превратить в тепловизор без использования дополнительного оборудования. Однако с недавних пор стала выпускаться специальная приставка Seek Thermal, являющаяся по своей сути мобильным миниатюрным тепловизором, с размерами, не более спичечного коробка.

Этот мини-прибор способен работать со многими смартфонами на базе Андроид версии не ниже 4.3. Он выполняет те же функции, что и настоящие фирменные тепловизоры, подключается через стандартные разъемы. Получается довольно легко собрать с амодельный тепловизор своими руками. Несмотря на маленькие размеры, объектив камеры оборудован кольцом для фокусирования, а также чувствительным сенсором в виде матрицы на 32 тыс. пикселей, частота съемки у которой составляет 9 Гц. Основным достоинством прибора считается величина рабочего температурного диапазона в пределах от -40 до +330 0 С.

Смартфон для тепловизора является не только экраном, отображающим информацию, но и своеобразной вычислительной машиной. Все действия выполняются с помощью специального приложения Seek Thermal, обладающего широкими возможностями. Данная программа позволяет сделать выбор цветовой палитры, единиц измерения температуры, выполнить настройку изображения и много других операций.

Тепловизор из видеокамеры своими руками

Одним из способов самостоятельного изготовления тепловизора является вариант с использованием видеокамеры. Для этого нужно заранее подготовить все необходимые материалы. Следует запастись обычным инфракрасным термометром, комплектом светодиодов RGB, платой Arduino и самой видеокамерой.

Решение задачи, как сделать тепловизор своими руками достаточно простое, за исключением особенностей программирования платы. В самом начале выполняется подключение инфракрасного термометра к плате Arduino. Данный элемент позволяет определить температуру объекта в какой-либо конкретной точке. Сама плата выполняет промежуточную функцию. К ней подключаются заранее приготовленные светодиоды. Затем всю систему нужно запрограммировать таким образом, чтобы показания термометра совпадали с определенным цветом, который будут производить светодиоды. Если выполнить настройку в соответствии с общепринятыми стандартами, то высокой температуре будет соответствовать красный цвет, а более низким температурным показателям - синий.

Работоспособность всей конструкции проверяется путем направления на стену луча инфракрасного термометра. При этом светодиоды должны загореться установленными цветами. Однако такая проверка будет неполной в связи с отсутствием дисплея. Эта проблема легко решается с помощью обычной видеокамеры, настроенной на замедленную съемку. Снимки производятся через каждые 2-3 секунды, фиксируя освещение, исходящее от светодиодов. На дисплее отображаются соответствующие цветные пятна.

Тепловизор своими руками из веб-камеры

Одним из вариантов такой сборки является использование рабочей веб-камеры и датчика температуры MLX90614, предназначенного для сканирования объекта. Его единственным недостатком считается очень низкая скорость сканирования. Однако на фоне существенной экономии денежных средств, эта проблема не имеет решающего значения.

Дополнительно понадобятся: плата Arduino, два сервопривода с корпусами, штатив, резисторы на 4,7 кОм - 2 шт., лазерная указка. Источником исходного изображения служит веб-камера, она же выполняет функции видоискателя.

С помощью двух сервоприводов осуществляется движение в горизонтальном и вертикальном направлениях. Нижний горизонтальный привод закрепляется на штативе, сюда же устанавливается лазерная указка. На вертикальный сервопривод прикрепляется веб-камера и датчик температуры. Датчики Arduino подключаются по специальной схеме. Далее, когда тепловизор из камеры своими руками полностью собран, вся конструкция помещается в общий корпус и закрепляется на штативе. После этого можно начинать сканирование выбранной области. При этом лазерная указка выполняет функцию целеуказателя во время проведения съемки.