Принцип действия тепловизора

Содержание

Тепловизор. Виды и работа. Применение и как выбрать. Устройство

Принцип действия тепловизора

Тепловизорпредставляет специальное устройство, которое используется для определения теплового излучения в исследуемом пространстве. В большинстве случаев это устройство имеет дисплей, на котором высвечивается цветная картинка.

Каждый цвет здесь означает конкретный уровень температуры.

Благодаря визуализации картинки теплового излучения открываются многочисленные возможности использования подобного прибора, к примеру, в военной и охранной сфере, в измерении и контроле технологического процесса.

Работа данного устройства строится на том, что от каждого объекта исходят электромагнитные волны в различном диапазоне частот. Это касается и инфракрасного спектра, то есть «теплового излучения».

Но с единственной оговоркой, что интенсивность указанного излучения находится в прямой зависимости от текущей температуры объекта.

При этом она практически не зависит от степени освещенности поверхности в видимом диапазоне.

В результате тепловизионный прибор помогает получить дополнительную информацию, которую невозможно получить обычным зрением или приборами, работающими в видимом диапазоне частот.

Виды

Тепловизорпо разрешающей способности инфракрасного датчика матрицы может классифицироваться на следующие классы:

  • Базовый – порядка 160×120.
  • Профессиональный – до разрешения в 640×480.
  • Экспертный – разрешение более 640×480.

Модели тепловизионных приборов могут иметь неохлаждаемый или охлаждаемый сенсор. В охлаждаемых вариантах датчик позволяет «видеть» на дальних расстояниях с высочайшей чувствительностью.

Однако подобные устройства чаще всего являются стационарными, так как система охлаждения увеличивает массу и габариты устройства. Подобные приборы часто применяются в лабораториях или в качестве перевозимых устройств на автотранспорте.

Неохлаждаемые приборы применяются практически повсеместно.

В зависимости от измерительного диапазона тепловизионные приборы делят на следующие виды:

  • Строительные приборы, которые работают до температуры в 350 градусов по Цельсию. Их применяют для энергетического аудита строений, оценки теплоизоляционных свойств стен, протечек трубопроводов и тому подобное.
  • Промышленные приборы, которые работают свыше 350 градусов по Цельсию. Их используют для диагностических работ механических и электрических устройств, проверки электрического оборудования, машиностроительных систем и тому подобное.
  • Высокотемпературные приборы, которые работают свыше 1000 градусов по Цельсию. Их используют в специфических случаях: для осуществления контроля техпроцессов, выполняемых при высоких температурах, диагностических исследованиях промышленных и иных устройств с узлами, подвергающихся высокой степени нагревания.

Также тепловизионные приборы бывают следующих видов:

  • Наблюдательные приборы, которые преобразуют инфракрасное излучение в видимое изображение в соответствии со специальной цветовой шкалой.
  • Измерительные приборы, которые определяют температуру объекта с помощью соотношения определенной температуры цифровому пикселю. В результате появляется картинка распределения температур.
  • Стационарные устройства часто используются на промышленных предприятиях, где необходимо контролирование технологических процессов. Подобные прибора часто имеют азотное охлаждение для обеспечения требуемых условий функционирования приемной аппаратуры.
  • Переносные приборы выполняются на базе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Такие агрегаты удобны в применении, и можно легко переносить, и применять в разных труднодоступных местах.

Переносной тепловизоримеет следующие основные элементы:

  • Объектив. Для его изготовления применяются редкие материалы, к примеру, германий. Использование стекла недопустимо, так как через него не проходит инфракрасное излучение. Объектив фиксирует инфракрасное излучение. Для оптимизации пропуска света используются просветляющие тонкопленочные покрытия.
  • Матрица, то есть приемник излучения. На данный элемент приходится большая часть цены устройства.
  • Крышка объектива – предохраняет объектив от повреждения.
  • Дисплей, на нем отображаются данные, высвечивается изображение. В большинстве случаев применяется жидкокристаллический экран. Кроме тепловой информации на нем часто высвечиваются вспомогательные данные в виде заряда аккумулятора, времени, шкалы температур и иной важной информации.
  • Ручка с ремнем.
  • Элементы управления. При помощи них осуществляется настройка электронной системы.
  • Электронная система, включающая систему обработки информации. Предназначена для модификации инфракрасного излучения в видимое изображение.
  • Устройство хранения информации и ряд иных дополнительных элементов. Большинство современных приборов имеют карты памяти, которые можно вытащить, чтобы передать информацию на персональный компьютер. Предустановленные программы позволяют провести анализ картинки, в том числе выполнить их обработку для последующей печати или сохранения.

Принцип действия

  • Оптический элемент, куда входят линзы из редкого материала, фиксирует инфракрасное излучение.
  • Далее тепловое излучение направляется на матрицу, которая имеет высокую чувствительность к инфракрасному излучению.
  • Затем сложные микросхемы получают данные с матрицы, генерируя видеосигнал. В нем каждой температуре объекта соответствует определенный цвет картинки.
  • На экране дополнительно высвечивается цветовая шкала соответствия.
  • Тепловизор к тому же может быть оснащен устройством памяти, чтобы можно было записать поток видео тепловой картинки и впоследствии сохранить его на ПК. В комплекте также могут идти микропроцессоры, при помощи которых можно выполнить небольшую аналитику.

В некоторых случаях тепловизорв своем оснащении имеет видеокамеру, благодаря которой удается получить объединенную картинку в видимом и инфракрасном спектре. Благодаря специальному программному обеспечению можно произвести их наложение, в том числе выполнить их обработку.

Применение

Сегодня тепловизор широко применяется в разных сферах деятельности человека.

Вызвано это тем, что указанное оборудование способно фиксировать минимальные температурные изменения, которые не может заметить глаз человека. Для работы этого прибора необходимо только инфракрасное излучение.

К тому же его можно использовать на расстоянии. При существенной дальности действия, прибор невозможно выявить средствами слежения.

Ввиду указанных свойств данный прибор находит широчайшее применение в:

  • Диагностике.
  • Медицине.
  • Военной сфере.
  • Научных исследованиях.
  • Промышленности.
  • Строительстве.
  • Системах автоматики и так далее.

Так в военной разведке или охране тепловизор способен заметить технику в полной темноте на расстоянии до 3 километров. Человека же он может обнаружить на расстоянии порядка 300 метров.

Медицинские устройства применяются для выявления различных заболеваний с помощью изучения параметров инфракрасного излучения.

Научные тепловизионные приборы помогают проводить эксперименты и лабораторные исследования.

В промышленности устройства помогают контролировать нормальное течение технологических процессов и предотвращать внештатные ситуации. В строительстве тепловизионные приборы позволяют выявить дефекты в строительной конструкции.

Это касается усталостного старения металла, появляющегося в зонах деформации. Именно там начинает выделяться большее количество тепла.

Благодаря этому можно не разбирать конструкцию, чтобы отыскать дефекты и предотвратить их возможное разрушение.

Как выбрать 

Тепловизорнужно правильно выбрать, чтобы при помощи него можно было решать поставленные задачи.

  • При необходимости использования прибора в промышленных местах, где возможно его повреждение, следует уделить внимание его защите. Он должен иметь металлический корпус и защиту от внешнего воздействия, к примеру, влажности, пыли и так далее.
  • Модельный ряд устройств весьма широк. Каждый производитель зачатую предлагает целую линейку приборов, который отличаются характеристиками и ценовым диапазоном. Если Вы хотите использовать прибор для повседневного использования в разных местах, то присмотритесь к переносному варианту. Для использования в промышленности для проведения высокоточных измерений одного технологического процесса нужен стационарный вариант.
  • Прибор должен быть удобен в работе. Поэтому оцените расположение кнопок, в том числе элементов быстрого доступа. Устройство должно обеспечивать удобное и легкое его использование. Для постоянной работы с изображениями лучше всего остановиться на модели с сенсорным экраном.
  • Важнейшим параметром устройства считается термочувствительность. Высокая чувствительность прибора позволит различить почти все предметы, имеющие практически одну температуру. Вызвано это тем, что объекты из разных материалов даже при одинаковой температуре излучают тепло с некоторыми различиями.
  • Диапазон измерений температур важен для того, где Вы собираетесь использовать прибор. Необходимо точно знать, что Вы будете исследовать. К примеру, для исследования работы электрического двигателя вполне хватит устройства с диапазоном до 500 градусов по Цельсию.

Похожие темы:

Источник: https://tehpribory.ru/glavnaia/pribory/teplovizor.html

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.

Читайте также  Электробезопасность действие электрического тока на организм человека

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.

Источник: https://pro-spec.ru/poleznaya-informaciya/140-vidy-teplovizorov-printsip-raboty-i-primenenie

Тепловизор что это? Его назначение, характеристики и выбор

Для контроля распределения температуры поверхности различных объектов используют специальное устройство – тепловизор.

Эти приборы оборудованы экраном, на котором отображается исследуемая поверхность, раскрашенная в различные цвета.

Каждый из них соответствует определенной температуре.

Тепловизор используют для решения задач широкого спектра, в некоторых случаях этот измерительный инструмент является незаменимым.

Назначение тепловизора и принцип действия

Сферы применения тепловизоров очень обширны:

• Медицина.

Прибор используется для диагностики различных заболеваний, в том числе при поиске злокачественных опухолей, в нейрохирургии.

• Ветеринарный контроль.

• Машиностроение и металлургия – применяется для контроля протекания сложных термических процессов.

• ЖКХ – контроль состояния жилых помещений, при поиске повреждений водопровода, для оценки степени изношенности зданий.

• Строительство – для поиска утечек тепла в зданиях, оценки степени прогрева элементов систем отопления.

• МЧС – для поиска пострадавших.

Спасательные службы часто прибегают к помощи тепловизора, когда требуется найти людей или животных в местах крушения зданий и при возникновении подобных ситуаций.

Также прибор помогает пожарным при поиске очага возгорания, местонахождения открытого огня.

• Военное дело.

Используются для идентификации противника в условиях недостаточной видимости.

Усовершенствованные варианты тепловизоров встраиваются в системы наведения.

Принцип работы тепловизора основан на приеме инфракрасного спектра излучения, исходящего от любого нагретого объекта.

Излучение улавливается оптической системой прибора, после чего фокусируется на приемнике, конвертирующем визуальный аналоговый сигнал в электрический.

Как правило, он выражается в виде изменения напряжения или сопротивления в цепи приемника.

Далее сигнал преобразуется электроникой в изображение, которое выводится на дисплей в виде спектрозональной картинки.

Иными словами, человеческий глаз получает возможность увидеть инфракрасное излучение, которое он не способен воспринимать при нормальных условиях.

Сама же спектрозональная картинка – цветное изображение объекта, которое позволяет оценить распределение температуры по его частям.

В этом случае темные цвета, например, синий, свидетельствуют о низкой температуре, а яркие, вроде красного или желтого, соответствует высокой.

Устройство и характеристики

Конструкция большинства тепловизоров ограничивается наличием следующих элементов:

• Корпус с элементами управления, например, кнопками.

• Объектив с защитной крышкой и органом фокусировки изображения.

Последний, в большинстве случаев, имеет вид поворотного кольца, как на фотоаппаратах.

• Датчик (матрица).

• Дисплей.

• Электронная система и программное обеспечение.

• Встроенная память.

• Система охлаждения матрицы (для моделей с высокой чувствительностью).

Основные характеристики прибора:

• Угол и дальность обзора.

• Параметры матрицы: разрешение, порог температуры, погрешность, четкость изображения.

• Функциональность: наличие подсветки, лазерный указатель, возможность цифрового масштабирования, наличие и объем встроенной памяти для хранения результатов измерений, возможность переноса данных на ПК.

К тепловизионному оборудованию применяются следующие государственные стандарты:

• ГОСТ Р 8.619–2006 – методика проверки приборов.

• ГОСТ 53466-2009 – технические требования к медицинским тепловизорам.

Материал

Корпус большинства моделей тепловизоров изготавливается из ударопрочного пластика с резиновыми накладками для удобства удержания, является либо влагозащищенным, либо полностью водонепроницаемым.

Дешевые модели, как правило, вовсе не имеют серьезной защиты от негативного воздействия окружающей среды.

Объективы в большинстве случаев изготавливают из германия с тонкопленочным покрытием, оптимизирующим пропускание света.

Линзы из этого материала работаю в диапазонах длин волн 3 – 5 и 8 – 14 микрон.

Оптическое стекло не используется по причине его неспособности пропускать инфракрасное излучение в требуемом диапазоне.

Однако, при работе с прибором следует учитывать, что повышение температуры влияет на прозрачность германия.

Если повысить температуру до 100°, этот показатель упадет вдвое от изначального.

Размеры и вес

Габариты и вес тепловизоров зависят от их типа, количества дополнительного функционала и оборудования, а также размеров матрицы и наличия системы охлаждения.

Так размеры простеньких переносных моделей сравнимы с фотоаппаратом, их вес начинается от 500 – 600 г до 2 кг.

Класс защиты тепловизоров

Практически все тепловизоры имеют защищенный от воздействия негативных факторов корпус, степень защиты которого определяется международным стандартом с буквами IP и двумя цифрами.

Первая цифра (от 0 до 6) указывает на защиту от посторонних предметов, а вторая (от 0 до 9) – на устойчивость к воздействию воды.

Например, тепловизор с классом IP67 полностью защищен от проникновения пыли и сохраняет работоспособность даже после кратковременного погружения в воду на глубину до 1 метра.

Разрешающая способность

Важность разрешающей способности инфракрасного датчика кроется в степени детализации изображения:

• Базового уровня: до 160х120 пикселов.

• Профессиональные: 160х120 – 640х480 пикселов.

• Экспертного класса – более 640х480 пикселов.

Калибровка, поверка и погрешность

Измерительный тепловизор, согласно стандартам, принятым в метрологии, проверяется на работоспособность не реже, чем раз в год.

Поверка подразумевает под собой следующие действия:

• Осмотр корпуса прибора, его опробование и проверка во всех режимах работы.

• Замер углового разрешения.

• Проверка диапазона измеряемых температур.

• Определение максимальной температурной чувствительности и неравномерности чувствительности по полю.

• Определение сходимости результатов.

Измерительные тепловизоры должны подвергаться периодической калибровке.

Современные модели оснащаются специальной шторкой, которая надвигается на матрицу.

По ее известной температуре и производится калибровка.

Современные матрицы выполняются в виде терморезисторов, имеют высокое разрешение (вплоть до сотых градуса).

В технических характеристиках измерительных моделей обязательно указывается погрешность (точность), которая, как правило, находится в пределах 2% или 2°.

Виды тепловизоров и цена

Приборы классифицируются по функциям, которые они выполняют:

• Наблюдательный тепловизор – создает на экране картинку теплового излучения, преобразованного в видимый световой спектр.

• Измерительный тепловизор – работает, как и наблюдательный тип прибора, но дополнительно точкам светового сигнала присваивает температурные значения.

Иными словами, позволяет оценить температурное распределение на участке исследования.

• Визуальный пирометр – отдельная группа приборов, которые позволяют зрительно выявить зоны, где температура отклонена в какую-либо сторону от нормальной.

По типу исполнения прибор может быть:

• Переносной тепловизор– компактные модели, корпус которых оснащен ручкой для удобного удержания.

• Стационарный тепловизор – имеет несколько большие габариты, чем предыдущий вариант.

Либо оснащается креплениями для установки на различные конструкции, либо сам являются частью какого-либо оптического прибора.

По назначению тепловизор бывает:

• Строительный – используется для поиска тепловых потерь зданий.

Их измерительный диапазон – до 350°С.

Стоимость начинается от 50 тыс. рублей.

• Охотничий.

Популярен также среди охранных агентств.

Зачастую имеет встроенный дальномер.

Представляет собой ручной, либо нашлемный монокуляр для наблюдения.

Простейшая гляделка для охотника стоит в районе 40 тыс. рублей.

Среди разновидностей можно выбрать тепловизионные прицелы и бинокли, цена которых превышает 200 тыс. рублей.

• Промышленный.

Относится к самым точным тепловизионным приборам.

Используется преимущественно на масштабных предприятиях для контроля температурного режима технологического оборудования.

Оснащаются ИК-датчиками с высокой чувствительностью и полноцветными большими дисплеями.

Их температурный диапазон – более высокий.

Существуют высокотемпературные приборы, где этот показатель превышает 1000°С.

Стоимость качественных моделей более 1 млн. рублей.

• Военный – используется для обнаружения вражеских войск и техники в условиях недостаточной видимости.

Стоит армейский прибор от 150 тыс. рублей.

• Медицинский – применяется при поиске заболеваний и дефектов в человеческом теле, для которых характерно локальное изменение температуры, например, опухолей.

Как правило, выпускается в стационарном исполнении на различных подставках с возможностью прямой передачи изображения на ПК.

Читайте также  Действия водителя при угрозе столкновения

Стоимость – от 500 тыс. рублей.

• Бытовой.

Применяется для домашних нужд в несложных эксплуатационных условиях.

Стоимость – от 20 тыс. рублей.

К бытовому также можно отнести так называемый мини-тепловизор – очень компактный прибор, который подключается к смартфону.

Его еще называют мобильный тепловизор.

Он использует экран и источник питания телефона, а также специально разработанное ПО для вывода температурной картинки неплохого качества.

Лазерный тепловизор – ошибочное название пирометра с лазерным целеуказателем.

В отличие от тепловизионной аппаратуры, пирометр представляет собой прибор для дистанционного (бесконтактного) измерения температуры поверхности тел.

Иными словами, на его экране отображается лишь показатель температуры точки, на которую направлен встроенный лазер.

Как выбрать тепловизор?

При выборе тепловизора необходимо ориентироваться на следующие параметры:

• Диапазон измеряемых температур – для бытовых нужд подойдет вариант с параметром от 0°С до +350°С.

• Разрешение инфракрасного-детектора – чем оно выше, тем более детальной будет картинка.

• Термочувствительность – чем ниже этот показатель, тем выше точность результатов.

• Условия эксплуатации и класс защиты – для бытовых и строительных нужд подойдет прибор, способный работать при повышенной влажности до 95% и температуре -20°С — +50°С.

• Наличие дополнительных функций – подсветка, цифровая камера, лазерный целеуказатель, компас, модули GPS, Bluetooth, Wi-Fi.

• Наличие дополнительных объективов.

Широкоугольные применяются там, где требуется исследование протяженного объекта, а телескопические – для получения четких изображений на большом удалении.

• Эргономика и хранение данных.

Преимущество отдается приборам, способным не только сохранять картинку в формате JPEG, но и отражать информацию по температуре.

Еще один важный показатель, на который следует обратить внимание – способ отображения данных на экране, который выражается в следующих режимах:

• Full IR – полноэкранная инфракрасная картинка.

• Picture-in-Picture – картинка в картинке (обычная фотография окружает тепловое изображение).

• Alpha Blending – наложение слоев тепловой картины и обыкновенной фотографии.

• IR/Visible Alarm – изображение, как на обыкновенном фотоаппарате, но места, где температура превышает пределы заданного диапазона, подсвечены определенным цветом.

• Full Visible Light – обычные фотоснимки.

Что нужно знать о тепловизорах?

Следует отметить, что хороший прибор, который соответствует даже самым минимальным требованиям, не может быть дешевым.

При этом все же можно сэкономить и купить для своих нужд недорогой китайский тепловизор, стоимость которого часто не превышает 10 – 13 тыс. рублей.

Но надо понимать, что их качество исполнения и картинки могут быть весьма сомнительны.

Причина в том, что ИК – датчик дешевой тепловизионной аппаратуры нередко имеет настолько низкое разрешение, что на выходе может получиться размытая разноцветная картинка.

Все остальные характеристики, как правило, также не соответствуют действующим стандартам.

Поэтому в таких случаях остается опираться лишь на отзывы тех, кто уже приобрел аналогичный прибор.

Производители тепловизоров

Среди производителей тепловизионных приборов заслуженное внимание уделяется следующим:

  • PULSAR,
  • FLUKE,
  • FLIR,
  • ПЕРГАМ,
  • OPGAL,
  • COX,
  • Seek Thermal,
  • TESTO,
  • Torrey Pines Logic,
  • GUIDE.

Источник: https://instrumentn.ru/izmeritelnye-pribory/teplovizor-naznachenie-i-vybor

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 тепловизоры появились 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.

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 ые 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.

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.

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.

Читайте также  Гидроцилиндр двойного действия

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:

  1. Телетермография.
  2. 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.

Что такое тепловизор и использование устройства в различных областях

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:

  1. 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.
  2. Наблюдательные – обеспечивают только визуализацию объектов, находят применение в военном деле, охранных и силовых структурах, в спасательных операциях и т. п.
  3. Пирометры визуальные – разновидность инструментов для наблюдения, которые способны выявить зоны с аномальным температурным режимом.

На эту тему

Пожарные тепловизоры

Назначение, устройство и принцип работы

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

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

с пожаров при работе

Материал подготовлен совместно с кафедрой ПС, ФП и ГДЗС (ИПСА ГПС МЧС России)

Источник: https://fireman.club/statyi-polzovateley/primenenie-i-ispolzovanie-teplovizora/

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: