Человеческий глаз воспринимает очень ограниченную часть электромагнитного излучения — видимый свет. Этого хватает, чтобы видеть цвета, формы, однако недостаточно, чтобы охватывать мир во всей полноте. Тепловую энергию и инфракрасные лучи человек ощущает только тактильно, что неудобно, поскольку невозможно определить точную температуру и есть риск получить ожог. Чтобы преобразовать невидимую часть спектра в видимые цвета, используются различные устройства. Один из них — тепловизор.
Что такое тепловизоры и зачем он нужен
Что такое тепловизор и зачем он используется строителями? Устройство представляет собой измерительный прибор, необходимый для отображения инфракрасного (теплового) излучения в виде цветовых изображений. Такое средство «видит» предметы вне зависимости от освещенности, в любое время суток и года. Тепловизор предназначен для измерения температуры тел и объектов бесконтактным способом.
По сути тепловизор — инфракрасная камера. Он используется в строительстве, промышленности, медицине, охоте, охране, поскольку улавливает и отображает всё, что теплее абсолютного нуля, даже водяной лед.
Бизнес идеи: Обследование тепловизором.
Виды тепловизоров
То, как выглядит тепловизор, вы можете рассмотреть на фото. Помимо этого я рекомендую ознакомиться с типами устройств, чтобы ориентироваться в назначении, классах и функциях. Условно их можно разделить на:
- наблюдательные;
- измерительные;
- стационарные;
- переносные;
- высокотемпературные.
При этом все виды тепловизоров построены по одинаковому принципу — преобразование ИК-лучей в видимые температурные диаграммы, отображаемые на дисплее.
Наблюдательные приборы
Смотровые тепловизоры зачастую оснащаются монохромными экранами. Такая цветовая гамма дает наибольшую контрастность, что требуется для отслеживания людей или животных, находящихся на охраняемых территориях либо на природе. Этот подвид используется военными, охранниками, силовыми структурами, а также охотниками, спасателями, натуралистами.
Поскольку данные тепловизоры нужны только для наблюдения, охраны, обнаружения теплых тел, они могут не иметь средств для определения температуры.
Измерительные приборы
Чувствительность тепловизоров этого типа намного выше. Экран передает цветное изображение, каждый оттенок которого соответствует определенной температуре. Устройство требуется для измерения температуры поверхности предметов. Термограмма показывает степень нагрева любой точки отснятой картинки.
Измерительные тепловизоры нужны для дистанционного контроля без разрушения конструкций. Они используются в строительстве, промышленности, медицине, диагностике электрического оборудования и т.д.
В эту группу можно отнести визуальные пирометры. Это недорогие тепловизоры измеряют температуру в центральной точке изображения, выводя на экран тепловую диаграмму невысокого разрешения. Несмотря на то, что картинка получается более размытой по сравнению с устройствами экспертного класса, ее достаточно, чтобы увидеть области аномального нагрева или охлаждения. Это скорее бытовые приборы.
Профессиональный тепловизор в строительстве.
Стационарные приборы
Это мощные тепловизоры, оснащенные охлаждаемым сенсором. Поскольку их конструкция несколько громоздкая, они не предназначены для перевозки.
Их устанавливают на производстве, чтобы следить за технологическими процессами. Наблюдаемый температурный промежуток может составлять от -40 до +2000 градусов Цельсия.
Датчик тепловизора этого типа охлаждается жидким азотом. Так получается выдерживать высокий нагрев, достоверно отображая тепловые данные. Матрицы фотоприемников делаются из полупроводников.
Переносные приборы
В основе этих приборов лежат неохлаждаемые болометры — сенсоры из кремния. Переносные тепловизоры более компактны по сравнению со стационарными за счет отсутствия системы охлаждения. Ими проще пользоваться для исследования труднодоступных мест. При этом сохраняются все преимущества стационарных устройств. Большинство приборов имеют именно переносное исполнение.
Высокотемпературные приборы
Высокотемпературный тепловизор может быть как стационарным, так и переносным. Он характеризуется способностью точно определять нагрев свыше +650…+1000 градусов Цельсия. Существуют модели, способные работать при 1200 градусах и больше. Они предназначены для контроля котлов, узлов, иных конструкций, подвергающихся сильному нагреву. Зачастую такое оборудование задействовано в литейных цехах, металлургических комбинатах, энергетике, т.д.
Как устроен и как работает тепловизор
Основой тепловизора служит матрица, способная преобразовывать инфракрасное излучение в электрические сигналы. Такая чувствительная полупроводниковая пластина меняет проводимость в зависимости от изменения температуры. Электронный сигнал поступает в микросхему или микропроцессор, где обрабатывается, а затем выводится на дисплей в виде термической диаграммы. На матрице ИК-лучи фокусируются посредством оптической системы.
Сложно представить, как работает тепловизор, если не понимать его конструктивных особенностей. Разберем кратко каждую его составляющую часть и ее действие, которая обязательно есть в каждом устройстве.
Конструкция тепловизора
Вне зависимости от того, какой тепловизор выбрать, он будет состоять из:
- объектива;
- дисплея;
- элементов управления;
- хранилища данных.
Несмотря на то, что конструкция тепловизора остается неизменной, внешний вид различается из-за габаритов, функций и технических характеристик.
Объектив
Матрица и объектив составляют до 90% цены устройства. От свойств объектива зависит дальность тепловизора. Его стоимость настолько высока из-за того, что линзы изготавливаются не из стекла, а из германия, потому что стекло не пропускает инфракрасное излучение. Германиевые линзы подвергаются дополнительному просветлению посредством нанесения тонкопленочных покрытий.
То, на каком расстоянии работает тепловизор, зависит от типа объектива. Кроме стандартного, которым оснащаются все устройства, в комплекте могут идти телескопические и широкоугольные объективы.
Телескопические несколько сужают угол обзора, однако они способны действовать как бинокль — приближать отдаленные объекты. Наблюдательные тепловизоры могут различать источники тепла на километровых расстояниях.
Широкоугольные объективы наоборот расширяют обзор. Это полезно, если нужно исследовать крупное здание, которое не помещается в обычное компактное устройство. Необходимость склеивать панорамную картинку из нескольких снимков может остаться, однако количество фрагментов за счет широкоугольной оптики можно уменьшить, что облегчает энергоаудит.
Дисплей
Весь диапазон температур тепловизора отображает экран. Собранная информация о нагреве объекта выводится на дисплей в виде термограммы — снимка, раскрашенного в различные оттенки, каждому из которых соответствует своя температура. Диагональ должна быть достаточной, чтобы обеспечивать четкость картинки в полевых условиях.
Экран помимо измерительных данных может отображать время, уровень заряда аккумуляторов, дату, другую вспомогательную информацию. Здесь же отражается меню настроек, с помощью которых можно подготовить отчет, задействовать весь функционал прибора.
Элементы управления
Они представляют собой кнопки, посредством которых устройство настраивается, приводится в действие. Зачастую можно настроить цветовую гамму изображения, слить картинки в одну, выбрать точку для определения температуры, подготовить отчет и т.д. На цифровых тепловизорах последних моделей кроме основных управляющих клавиш органом управления может служить сенсорный экран.
Хранилище данных
Эта функция не обязательно должна входить в основные параметры тепловизора, однако ей оснащаются большинство современных приборов. Вся собранная информация — снимки, термограммы, голосовые или текстовые аннотации, видео — сохраняются на встроенных или подключаемых картах памяти. Могут применяться накопители различных видов и разной вместительности — это зависит от класса устройства.
Кроме внутренних или внешних флешек в возможности тепловизора последних серий наличие функций передачи данных. Они оснащаются Wi-Fi или Bluetooth-модулями, посредством которых собранные сведения передаются на смартфоны, планшеты, ноутбуки. При наличии USB-порта информацию можно передать напрямую на компьютер. Если есть HDMI-порт, то становится возможной потоковая трансляция видео на подключенный монитор или телевизор.
Дополнительные элементы конструкции
То, какой тепловизор купить лучше, могут определять дополнительные функции. К ним относятся:
- лазерный указатель, облегчающий наведение фокуса на объект;
- возможность записи видео или аудио;
- встроенные средства анализа информации;
- датчик, определяющий влажность объекта;
- компас или GPS-навигатор для сохранения координат места исследований и т.д.
В зависимости от форм-фактора прибора он может оснащаться ручкой (обычно ее имеют компактные тепловизоры пистолетного типа), дополнительной камерой на 3-5 мегапикселей, сменными аккумуляторами. Объектив защищается крышкой, устройство в целом — чехлом со шнурком.
Технические характеристики прибора
Именно от них зависит область применения тепловизоров. К ним относятся:
- разрешение инфракрасного датчика;
- разрешение и размер дисплея;
- температурный диапазон;
- чувствительность;
- погрешность измерений;
- спектральный диапазон.
Ориентируясь на эти параметры, можно определить, какой тепловизор лучший для тех или иных задач.
Разрешение инфракрасного датчика
ИК сенсор тепловизора имеет значительно более низкое разрешение, чем у привычных камер смартфонов, ввиду его высокой стоимости, сложности изготовления. Чем выше разрешающая способность, тем более четким получается изображение и точнее определяется температура.
Недорогой тепловизор для дома оснащается датчиком, разрешение которого не превышает 160х120 пикселей. Этого хватит, чтобы понять, требуется ли ремонт, пора ли менять утеплитель, нет ли угрозы образования плесени. Такая матрица покажет, где образовались мостики холода, насколько теплые или холодные окна. Однако для проведения полноценного энергоаудита их может быть недостаточно.
К полупрофессиональным решениям относятся приборы с разрешением 320х240 пикселей. Они уже подходят для энергетического аудита здания, более детального определения тепловых утечек. Термограммы получаются более четкими. Чтобы сделать их еще лучше, встроенные программы могут склеивать одну картинку из нескольких снимков.
Профессиональные приборы получают чувствительную матрицу разрешением 640х480 точек или выше. С их помощью распределение тепла на объекте измеряется еще более четко. Однако при вопросе, нужен ли тепловизор этого класса для повседневного использования — ответ однозначный: нет. Он слишком дорогой. Такие модели нужны там, где требуется слежение за температурными изменениями высокой точности.
Разрешение и размер дисплея
Читая описание тепловизора, нельзя путать разрешение жидкокристаллического экрана с разрешением матрицы/датчика/сенсора/инфракрасного детектора. Разница между ними такая же, как между камерой и экраном на смартфонах.
Параметры дисплея не влияют на размер термограммы. Однако от них зависит то, насколько четко будет видна картинка до распечатки отчета или до передачи его на компьютер. Почти любой бюджетный тепловизор имеет дисплей с диагональю 3,5 дюймов и с разрешением 320х240 пикселей. Более дорогие модели могут оснащаться экранами разрешением 640х480 точек и выше.
Температурный диапазон
Один из главных критериев выбора тепловизора. Каждый прибор может измерять температуру до конкретных пределов. Это определяет его предназначение.
На вопрос, какой тепловизор выбрать для обследования дома, могу порекомендовать модели, предел которых — +100 градусов Цельсия. Если требуется прибор для диагностики электрического оборудования, верхняя граница должна быть +350°C. Для слежки за теплогенераторами, котлами значение увеличивается до +650 градусов. В химической, энергетической, стекольной, металлургической промышленности требуются модели, способные определять температуру до +1200 градусов или выше.
Чувствительность
Параметр влияет на контрастность термограммы. Он характеризует то, какой температурный перепад сможет уловить прибор. Чтобы проводить энергоаудит, чувствительность должна быть не более 0,1°C. Если нужно определить, какие детали механического или электрического оборудования перегрелись, вышли из строя, можно выбрать менее чувствительную модель. Повышенная чувствительность нужна, чтобы найти скрытые протечки, места с превышением влажности, незначительных скрытых изъянов, т.д.
Погрешность измерения
Точность определения температуры тепловизором зависит от погрешности. Большинство устройств ошибаются не более чем на 2%. Для энергоаудита этого достаточно. Чтобы получить высшую точность, понадобятся приборы с азотным охлаждением.
Спектральный диапазон
Этот параметр тоже влияет на то, для чего нужен тепловизор. Чтобы выполнять термографирование зданий, нужен прибор, работающий с электромагнитным излучением, длина волны которого составляет 7-14 микрон.
Если же нужно снять здание со сплошным остеклением, понадобится устройство с охлаждаемой матрицей и спектральным диапазоном 3-5 мкм. Это поможет измерить температуру поверхности стекла без учета его отражающей способности.
Где применяются тепловизоры
Область применения данной техники обширна. Они очень активно используются в охранной сфере благодаря возможности увидеть злоумышленника в полной темноте. Приборы с высокой чувствительностью применяют правоохранительные органы. Они способны показать, что кто-то взялся за дверную ручку, в течение около тридцати минут — на ручке останется тепловой след.
Неисправные механические и электрические приборы нагреваются из-за трения, замыкания, иных причин. Тепловизоры определяют нагрев без разбора оборудования. Отсутствие разборки и частичного демонтажа делает их полезными в строительстве. Так можно увидеть, в каких местах стены повредилась теплоизоляция, где окна, пол или крыша недостаточно утеплены. Этими приборами можно увидеть, в каких местах опорных конструкций возможно обрушение из-за растягивания или «усталости» металла.
В промышленности устройства помогают определить:
- соблюдение техпроцессов;
- режим сварки;
- работоспособность оборудования;
- наличие неисправностей установок;
- степень пожарной опасности;
- утечки газов трубопроводов, т.д.
Приборы применяются и в медицине. Они определяют то, как распределяется температура по телу. Нарушение равномерности, места повышенного нагрева свидетельствуют о воспалениях или сбоях в работе органов. Нередко тепловизоры устанавливаются в аэропортах для выявления пассажиров, больных гриппом.
Как выбрать тепловизор
Эти устройства универсальны. Разобравшись, на чем основывается действие тепловизора, неопытный покупатель зачастую приобретает прибор, наделенный максимумом возможностей. Однако это ошибочный подход. Главное, что нужно при выборе — определить цель и доступный бюджет.
Перед тем, как выбрать тепловизор, определите несколько критериев, которые облегчат поиск:
- Назначение;
- Температурный диапазон
- Дальность работы.
Охрана
Охранные тепловизоры служат приборами ночного видения. Главное их отличие в том, что тепловизоры не реагируют на видимый свет, вспышки которого устройство для ночного зрения ослепляют. Охранные устройства не меряют температуру, однако температурный диапазон должен быть как можно более широким, чтобы сигнализация не срабатывала ложно, а картинка получалась максимально контрастной.
Чтобы изображение было четким, лучше выбрать прибор с матрицей высокого разрешения. Если охранный периметр очень большой, рекомендую устройства с длиннофокусными объективами.
Выбирая охранные тепловизоры, важность их параметров можно условно оценить по десятибалльной шкале:
Устройства этого назначения могут оснащаться поворотными механизмами, гиростабилизаторами, дополнительными защитными средствами для возможности установки во взрывоопасных зонах, т.д.
Один из лучших моделей:
- РТР-100Ф;
- РТР+225М;
- PERGAM S140;
- ТИТАН Ex.
Недорогие модели тепловизоров
Простые тепловизоры умеренной стоимости нужны для исследования коттеджей, дач, частных малоэтажных домов, квартир. Они подходят для проверки электрики помещения или машины, поиска изъянов в теплых полах, т.д. В эту категорию входят:
- к смартфону мини-тепловизор FLIR OnePro разрешением сенсора 160х120 точек;
- FLIR MR160 с разрешением 80х60 со встроенным влагомером;
- Guide BritIR B0, подходящий для проводки;
- Testo 865 с разрешением 160х120 для техобслуживания и монтажа.
Для строительства и электрооборудования
В этих областях тепловизоры помогают найти тепловые утечки, неисправности оборудования. Оптимальный выбор — устройства с матрицами от 320х240 пикселей. Полезной будет функция цифрового улучшения изображения, которая повышает разрешение картинки до 640х480 или 1024х768 точек для улучшения четкости термограммы.
В условиях российского климата особенно важно учитывать диапазон рабочих температур. Обследование зданий проводят зимой, лучшее время — безветренный вечер, когда на улице 0-10 градусов Цельсия или ниже, а внутри — +20-25°C. Такой температурный перепад дает наиболее четкую картину всех теплопотерь в отопительный сезон. Улучшив теплоизоляцию дома, можно уменьшить расходы на отопление от 15% и более.
Если обследование здания проводится в летом, когда разница между домом и улицей минимальна, рекомендую применять аэродверь. Это создаст необходимый тепловой напор. Если нужно определить эффективность работы отопительной системы и ее труднодоступных элементов, поможет тепловизор с лазерным указателем — с ним навести фокус на отдельные узлы будет легче.
Одни из лучших моделей:
- профессиональный прибор для энергоаудита FLIR T1020 с матрицей 1024х768;
- FLIR T540 — устройство с дальномером, датчиком GPS, сменным объективом, матрица 464х348;
- профи-измеритель Guide C400, оснащенный GPS, Wi-Fi, разрешение 400х300;
- Guide C640 Pro с сенсором 640х480, температурами -20…+2000 градусов Цельсия, сменными объективами;
- Fluke TiX1000 с разрешением 1024х768, чувствительностью в 0,05°C и 32-кратным увеличением.
Отзывы о тепловизорах
Иногда отзывы на тепловизоры могут еще больше запутать с решением, какой выбрать прибор. Потребители сходятся в одном: выбирать нужно, основываясь на целях использования и доступном бюджете. Не гонитесь за всеми наворотами, если они не пригодятся. Для охоты, охраны лучше устройства с дальномерами, телескопическими объективами, четкой картинкой.
Для промышленности — с высоким диапазоном, отказоустойчивостью. А для обследования домов, коттеджей, дач — компактные, автономные приборы, которых хватает на несколько часов работы от батареи.
Следом за пользователями рекомендую также обращать внимание на:
Форм-фактор. Устройство должно быть удобным в использовании. Одни тепловизоры имеют ручку, как у пистолета, другие выполняются в виде видеокамеры. Нужно следить за тем, чтобы вес тепловизора тоже был удобным, особенно при частых обследованиях объектов на выезде.
Поддерживаемые форматы. Информация, собираемая измерителем, должна читаться на других устройствах. Универсальный формат видео — mpeg-4, аудио — mp3, wav, картинок — jpeg. Такие файлы откроются как на смартфонах, так и на компьютерах. Специализированные форматы пригодны, если с тепловизором в комплекте идет «родное» программное обеспечение, устанавливаемое на ПК.
Режимы работы. Полезные опции — «картинка в картинке» и совмещение изображений. С их помощью отслеживать тепловые утечки, перегрев от неисправности, дефекты, т.д. становится намного удобнее. Отчеты с термограммами, построенными на основе совмещения изображений, становятся более наглядными и эффектными.
Гарантия и техническая поддержка. Тепловизионная техника дорогая поэтому следите за гарантийными обязательствами. Это поможет в случае обнаружения брака или появления неисправностей. Лучше выбирать устройства зарекомендовавших себя фирм.
Наконец, большинство пользователей сходятся во мнении, что если тепловизор нужен только для пары проверок дачного домика, обследования квартиры или загородного коттеджа, то нет необходимости в покупке тепловизора, который потом будет пылиться среди инструментов. Намного выгоднее заказать услугу тепловизионного обследования у меня на сайте. После проведения диагностики я выявлю уязвимые места вашего дома или квартиры на продувание, предоставлю полный отчет с фотоснимками, расшифровкой и базовыми рекомендациями по устранению.
Источник: kozhushko.pro
Как это работает. Тепловизор
Сегодня без тепловизоров − приборов, фиксирующих тепловое излучение − уже сложно представить многие области промышленности и военное дело. Они помогают нам улучшить наше несовершенное зрение, видеть больше, дальше и лучше.
Одни из крупнейших разработчиков и производителей тепловизионных устройств в России –холдинги «Росэлектроника» и «Швабе», входящие в состав Госкорпорации Ростех. Рассказываем, как устроен тепловизор, чем он отличается от приборов ночного видения и как «видит» в полной темноте.
Как увидеть тепло
В 1800 году астроном Фридрих Вильгельм Гершель во время экспериментов с преломлением света обнаружил, что существует спектр, не видимый для человеческого глаза, который он назвал инфракрасным излучением. Позже было доказано, что все тела, чья температура отличается от нуля, излучают электромагнитное тепловое излучение.
Но может ли человеческий глаз увидеть его? Конечно! Например, без сомнения теплое Солнце, которое отлично видно невооруженным глазом. А для того, чтобы видеть в темноте и обнаруживать через преграды объекты не такие горячие, как Солнце, человечество изобрело тепловизоры – устройства, увеличивающие возможности нашего зрения и позволяющие видеть даже малейшее проявление тепла.
Первые приборы, визуализирующие температуру объектов, появились в 20-е годы прошлого века. Например, такое устройство, как эвапорограф, работало на принципе неравномерного испарения или конденсации вещества на пленке, при этом получалось рельефное изображение объекта. Затем, уже в 1940-е годы, появились термографические камеры, также передававшие изображение на пленку. И наконец, в 1960-е годы появляются технологии, позволяющие создавать тепловизоры, работающие в реальном времени. Изначально тепловизионные устройства разрабатывались в интересах военных, а в 1965 году был продан первый коммерческий тепловизор для мониторинга высоковольтных линий электропередач.
Устройство тепловизора
Тепловая оптика устроена очень похоже на обычную оптику и работает по схожим принципам. Главное отличие – в материале стекла. Обычное стекло не пропускает сквозь себя волны инфракрасного спектра. Поэтому линзы для тепловизоров делаются с применением специальных материалов, пропускающих ИК-лучи, чаще всего – из довольно дорогого германия.
Интересна технология получения линз из германия. Полуметалл сперва расплавляется в печи, затем кристаллизуется на специальном стержне до кристалла нужного размера и разрезается на заготовки, которые после превращаются в линзы. В России есть собственные месторождения и производство этого стратегически важного вещества.
Теплотелевизионный регистратор производства Лыткаринского завода оптического стекла (ЛЗОС) холдинга «Швабе»
Детектор, улавливающий инфракрасное излучение и преобразующий его в информацию – еще более сложное в производстве устройство. Как и в обычном фотоаппарате, он состоит из чувствительной матрицы и блока электроники, обрабатывающего сигнал. Посредством системы линз ИК-излучение подается на матрицу, покрытую датчиками. Затем процессор преобразует данные в видеосигнал и подает на экран устройства.
По сравнению с приборами ночного видения, тепловизор − более универсальное, хотя и более сложное устройство. Прибор ночного видения формирует изображение на основании отраженного от объекта света, то есть черную кошку в полностью темной, изолированной комнате вы с его помощью не найдете, а с помощью тепловизора – запросто.
Игра в «холодно-горячо» по-взрослому
Тепловизоры позволяют заглянуть внутрь предметов без непосредственного физического контакта, находить отклонения от нормальной температуры. И эта способность оказалась очень востребованной для проведения так называемого неразрушающего контроля, когда объект изучается без его разделения на элементы, а чаще всего и без приостановки рабочих процессов, в которых объект участвует.
Видеть сквозь предметы, наблюдать за изменением температуры, находить утечки тепла полезно в самых разных областях промышленности и науки. В энергетике, на производстве, в строительстве тепловизоры помогают в работе и предотвращают техногенные катастрофы, а спасатели с их помощью ищут людей в завалах. Свое применение они нашли даже в медицине, где по динамике температуры отдельных органов можно обнаруживать злокачественные новообразования. Незаменимы тепловизоры и для охотников, причем не только ночью, но и днем.
И все же главным заказчиком тепловизионной техники по-прежнему остаются силовые ведомства. Тепловизоры устанавливаются на личное оружие, бронетехнику, самолеты, корабли, включаются в системы наблюдения, входят в комплекты «умной» экипировки. Все это позволяет обнаруживать злоумышленников и следы их деятельности независимо от времени суток и погодных условий.
Источник: rostec.ru