что такое тепловизор и для чего он используется
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:
Прибор используется для диагностики различных заболеваний, в том числе при поиске злокачественных опухолей, в нейрохирургии.
• 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.
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.
• Электронная система и программное обеспечение.
• 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.
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.
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.
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.
Стоимость – от 500 тыс. рублей.
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.
• 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:
Применение и использование тепловизора
Тепловизор – это 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.
Виды тепловизоров
В зависимости от функций, которые выполняет инструмент, различают несколько его видов:
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.
Измерительный диапазон – один из факторов, который определяет температурные возможности и условно разделяет модели на 3 типа:
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.
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.
Особенности применения
Использование при ликвидации пожаров и проведении аварийно спасательных работ
Сравнение тепловизора и прибора ночного видения
Сравнение прибора ночного видения с тепловизором
Видим людей через дым
Тепловизор позволяет увидеть людей через дым
Остаток теплового следа
Поиск человека по тепловому следу оставленному по месту его касания на мебели, полу (в зависимости от условий следы сохраняются около 5 минут)
Применение тепловизора в промышленности
Использование тепловизора при поиске горючих, ядовитых жидкостей (сжиженных газов) в емкостях
Тепловизор не способен видеть через стекло автомобиля
Применение в энергетике проверка проводки под напряжением
Тепловизор способен видеть скрытую электропроводку под напряжением и различать неравномерность распределения температуры в электропроводах
Возможности в различных условиях
Стекло
ИК излучение не проходит через стекло, однако нагретое стекло будет отображаться, как более светлая область.
Нагретое стекло светлее
Зеркало
ИК излучение отражается через зеркало
ИК излучение не проходит через воду, в некоторых случаях проникает через туман или изморось.
Инфракрасное излучение не проходит через воду
Пар и Распыленная вода
ИК излучение может проникать или не проникать через пар, в зависимости от его плотности.
Например, туман не является преградой для тепловизора.
Распыленная струя воды и работа тепловизора
Выявление горячих пятен тепловизором
Выявление «горячих пятен»
Функция температурного датчика
Некоторые модели тепловизоров имеют функцию TT-датчика. ТТ функция окрашивает наиболее нагретые участки цветом. Чем горячее участок, тем темнее тона (на рисунке – синим цветом)
Пример использования тепловизора с датчиком при пожаре
Пример использования тепловизора с ТТ-датчиком на пожаре
Вариант использования тепловизора на пожаре
Использование тепловизора на пожаре
Видео с пожаров при работе
Материал подготовлен совместно с кафедрой ПС, ФП и ГДЗС (ИПСА ГПС МЧС России)