Что это такое? Тепловизор — это прибор, позволяющий отслеживать температуру различных предметов. Он используется в самых разных областях (от медицины до строительства), и при выборе нужно ориентироваться на него.
На что обратить внимание? Однако есть универсальные характеристики, которые определяют качество тепловизора. К ним относятся размер, материал корпуса, анализ и многие другие параметры.
Оборудование для наблюдения
Обычно оснащены монохромным экраном, обеспечивающим наилучшую контрастность. Это позволяет более эффективно вести наблюдение за людьми и животными, например, в лесу. Такие приборы используются спецназом (SWAT), охотниками, охранниками, спасателями и исследователями природы. Эти тепловизионные приборы востребованы только для наблюдения и обнаружения излучающих объектов. Как таковых средств точного определения температуры в них нет.
Измерительные приборы.
Этот тип тепловизоров гораздо более чувствителен. Экраны этих приборов уже цветные (а не монохромные), и каждый цвет соответствует степени нагрева. Как правило, такие приборы используются для точного определения температуры поверхности. Сформированная термограмма показывает нагрев каждой конкретной точки на создаваемом визуальном изображении.
Измерительные приборы широко распространены в промышленности, строительстве, медицине и даже археологии, так как их ищут для определения температуры скрытых предметов без разрушения оболочки (ткани, материала), которая его скрывает.
К этой же категории относятся оптические огнемеры. Это «тепловизоры», которые измеряют тепло только в центре изображения. На экране отображается тепловая диаграмма с относительно низким разрешением. Однако этого изображения достаточно, чтобы определить участки с высокой (или необычно низкой) температурой. Такие приборы часто используются в домашних условиях.
Стационарные приборы.
Это очень мощные приборы, которые обычно оснащены принудительным охлаждением матки. В результате они очень большие и тяжелые. Это означает, что они не предназначены для транспортировки. Обычно их устанавливают в производственных помещениях для контроля точности производственного процесса. Указанная температура («диагностическая») составляе т-40 … +2°C.
Принудительное охлаждение означает охлаждение жидким азотом. Это позволяет точно определять чрезвычайно высокие температуры (до нескольких тысяч градусов Цельсия). Фото — детектор состоит из полупроводниковых пикселей.
Портативные устройства.
При изготовлении этих приборов используются специальные кремниевые сенсоры. Портативные устройства гораздо компактнее стационарных, так как в них отсутствует система принудительного охлаждения. Однако благодаря своей уникальной матке они сохраняют высокую чувствительность. Поэтому их часто используют для обследования труднодоступных мест.
Высокотемпературные органы
Эти приборы бывают портативными и стационарными. +650 … +1°C, но термовизоры могут распознавать температуру выше +1 200°. Основная функция этих приборов — наблюдение за котлами, печами, химическими колоннами и другими объектами, работающими при высоких температурах (даже за ядерными реакторами).
Тепловизионные прицелы и приборы: как это работает
Тепловизор — это прибор, способный делать снимки в инфракрасной области и в дальнем инфракрасном диапазоне с длиной волны от 7,5 до 14. Это принципиальное отличие тепловизоров от других инфракрасных устройств, таких как приборы ночного видения. Дело в том, что инфракрасные длины волн электромагнитного спектра больше, чем область, видимая человеческим глазом.
Особенностью инфракрасной области является то, что она распространяется в воздухе неравномерно. Некоторые длинные волны поглощаются, другие могут не поглощаться вовсе. Участок инфракрасной области, где волны не поглощаются атмосферой, называется ветровым окном. Инфракрасные излучатели работают в этих областях и по сути делятся на два типа.
— Дальняя инфракрасная область 8-14 мкм,
— Ближняя инфракрасная область 3-5 мкм, которая ближе к видимому спектру.
В ближней инфракрасной области отраженное излучение и солнце, звезды и другие источники электромагнитного излучения в основном видимы, но также простираются в инфракрасную область, иногда даже более интенсивно. Поэтому приборы ночного видения могут использоваться для получения изображений как ночью, так и днем. Однако проксимальные инфракрасные органы не являются тепловизионными устройствами. Как уже говорилось выше, они регистрируют только отраженные инфракрасные волны, на которые может повлиять задняя подсветка при наличии сильного отраженного излучения.
Это не относится к тепловизионным камерам. Тепло — это вид энергии, которую можно хранить, переносить и излучать. Поэтому каждое нагретое тело имеет электромагнитное излучение, известное как тепловое излучение. Диапазон этих волн особенно близок к дальнему инфракрасному, и распределение лучистой энергии тела по спектру зависит от температуры. С повышением температуры спектральная область излучения смещается в сторону фиолетового диапазона, и при температуре 100°C тело начинает светиться, причем излучение становится видимым даже для человеческого глаза.
Поэтому тепловизионные приборы могут преобразовывать тепловое излучение от объектов и почвы в видимые изображения и получать результаты даже в полной темноте. Поскольку регистрируемое тепловое излучение является двухмерным, на экране тепловизионного прибора изображение получается черно-белым или «ложным».
Устройства и разрешения для работы с тепловизорами
Технические устройства и принципы работы тепловизоров очень похожи на устройства обычных камер. Инфракрасное излучение от нагретого объекта проходит через систему визуальной фокусировки, регистрируется матричным датчиком, полученное изображение передается в цифровой модуль, где обрабатывается и выводится на экран.
Поскольку электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне распространяется по законам оптики, фокусирующая система тепловизора собирает эти волны и фокусирует их на инфракрасной матрице, как обычная оптическая линза. Фокусирующие оптические системы имеют важную характеристику — угол обзора. Чем больше угол обзора, тем больше сцена видна на экране, но в то же время снижается детализация изображения.
Инфракрасный датчик или чип по своей конструкции похож на матку фотоаппарата, так как характеризуется анализом, описываемым количеством пикселей. Чем выше разрешение, тем детальнее изображение. Разрешение этих датчиков ниже, чем у визуальных, и составляет примерно 160×120 или 320×240 пикселей. В самых современных моделях разрешение может достигать 1024×768 px.
Очень важной характеристикой инфракрасных датчиков является их динамический диапазон. Это диапазон температур, в котором изображаются все объекты такой температуры.
Цифровая электронная почта обрабатывает изображения, полученные с инфракрасных датчиков, чтобы убрать помехи и шумы. В результате излучения самого воздуха полезная информация и различные данные дублируются, и можно выполнять ряд дополнительных функций (например, выделять фото и видео, особо нагретые участки и т. д.).
Тепловизионный экран также имеет несколько важных характеристик: размер диагонали, яркость и разрешение. Разрешение экрана не совпадает с разрешением инфракрасного датчика анализа, поэтому конечное изображение будет деформировано. Например, если разрешение экрана ниже, чем инфракрасного датчика — детали могут быть потеряны. Если разрешение экрана выше, чем у инфракрасного датчика — будет заметно неправильное расстояние до объекта.
Стоит отметить, что тепловизионные приборы имеют свои особенности. Они не рисуют через стекло, воду или блестящие предметы, так как эти поверхности выступают в роли зеркал для системы.
Тепловизоры делятся на две категории: стационарные и портативные. Стационарные тепловизоры — это, как правило, тепловизоры третьего поколения, основанные на полупроводниковых рецептивных решетках и часто работающие при азотном охлаждении.
Портативные — это самые современные тепловизионные камеры, основанные на немасштабируемых микрометрах. Они более эффективны, чем их постоянные аналоги, и часто работают лучше, чем их аналоги.
Вольт — это светоизлучающий тепловой приемник, изобретенный в 1878 году американским астрономом Сэмюэлем Препонтом Лэнгли (1834-1936), прирожденным пионером в этой области. Принцип действия прибора основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента вследствие нагрева под воздействием поглощенного потока электромагнитной энергии.
Проще говоря, основной компонент вольментатора — это очень тонкая пластина, которая темнеет для улучшения эффекта поглощения и способствует проведению электричества. Благодаря небольшой толщине эта пластина очень быстро нагревается при воздействии электромагнитного излучения, что увеличивает ее сопротивление. Большинство современных тепловизоров построены на объемной основе.
Нередуцированные инфракрасные детекторы делятся на микробиометры, черные и другие виды. Микробиомметры делятся на две подкатегории: микробиомметры на оксиде ванадия (VOX) и микробиомметры на аморфном кремнии (A-SI), которые в основном используются в США. Ферроэлектрики делятся на две подкатегории по технологии толстопленочных BST и тонкопленочных PLZT. К другим типам ненаполненных инфракрасных детекторов относятся полисигельные приемники и соли свинца.
Микробиометры на основе оксида ванадата более чувствительны, работают при более низких температурах и обычно используются для измерения органов. Для пожарных и спасательных подразделений точность измерения высоких температур не так важна, как точность регистрации высоких частот, и для этой роли лучше всего подходят микрометры из аморфного кремния. С другой стороны, ферроэлектрики значительно проигрывают микроразрядникам.
Тепловизоры — довольно дорогие приборы, около 90 % стоимости устройства приходится на объектив и инфракрасный датчик. Производство нерастворимых инфракрасных датчиков — очень сложный с научной точки зрения и дорогостоящий технологический процесс. Линзы изготавливаются из необычных и дорогих материалов, таких как германий (GE). В отличие от стекла, германий прозрачен в инфракрасной области спектра. Поэтому он стратегически важен для производства визуальных элементов систем инфракрасного зрения, как металл очень высокой чистоты. Именно поэтому немногие производители во всем мире могут позволить себе содержать такие производственные подразделения.
Назначение тепловизора и принцип работы устройства
Тепловизионные технологии становятся все более популярными и уже практически вытеснили традиционные методы поиска утечек тепла и воды, обнаружения неисправностей в электрооборудовании и оценки состояния зданий и сооружений. Это объясняется точностью результатов, минимальными затратами времени и безопасностью процесса. В этой статье рассказывается о том, как работает тепловидение, когда чаще всего используется и в чем преимущества обследования с помощью тепловизора.
Технология появилась во второй половине XX века и была основана на использовании электронных сенсоров Senna. На протяжении почти двух десятилетий приборы разрабатывались для политических и промышленных целей. Ассортимент современных тепловизоров очень велик и включает в себя модели для бытового и профессионального использования, различающиеся по дизайну, назначению и функциональности.
Как правильно пользоваться устройством?
Мы выяснили, как работает тепловизор. Затем рассмотрим, как правильно пользоваться приборами. К каждому техническому средству прилагается руководство и инструкция. Эти документы следует внимательно прочитать перед началом работы.
При обследовании коттеджа или дома прибор следует размещать на расстоянии 25 метров от объекта, чтобы его не закрывали другие здания, транспортные средства или животные. Важное лицо прибора следует направить на исследуемый участок и удерживать в таком положении для сохранения изображения. Затем прибор следует направить на следующий участок и провести аналогичное исследование.
При использовании тепловизора для контроля электрооборудования надевайте диэлектрические перчатки и защитную шапочку. Держите прибор на расстоянии 70 см от объекта, установите максимальную чувствительность и пробуйте с напряжением и вольтажом. Если будут получены подходящие данные, проведите полное испытание и запишите их.
Область применения тепловизоров
Благодаря информативности, высокой точности результатов, минимальным затратам времени и безопасности тепловизоры широко используются в различных областях.
Это лишь некоторые из областей применения современных тепловизионных технологий. Приборы также используются в охоте, при ликвидации последствий пожаров и стихийных бедствий, в промышленности и в быту.
Как работает прибор
Каждый объект, живой или неодушевленный, движущийся или статичный, испускает электромагнитное излучение, охватывающее довольно широкий диапазон частот, включая инфракрасный спектр. Этот спектр излучения также известен как тепловое излучение. Его интенсивность зависит от температуры объекта и фактически не зависит от степени освещенности. Тепловизор — это прибор, который может не только регистрировать тепловое излучение объекта, но и изображать его в виде человеческого глаза. Для этого используются специальные линзы. Линзы этого объектива отличаются уникальной способностью беспрепятственно задерживать тепловое излучение, в то время как обычное стекло задерживает иарушение. С помощью системы линз инфракрасные волны помещаются в специальную матку. Это совокупность датчиков, способных реагировать на тепловые волны. Информация в виде электрических сигналов считывается процессором с матки и преобразуется в видеосигнал. Видеосигнал поступает на устройство формирования изображения, которое может быть экраном устройства или внешним дисплеем. Благодаря разнице температур окружающей среды и объекта на экране формируется контур изображения. На современных устройствах различные волны отображаются разными цветами в зависимости от температуры. Для удобства пользователя в верхней части кадра может отображаться шкала. Это означает, что совпадение цветов в каждой точке изображения указывает на конечное значение наблюдаемой температуры.
Устройство и принцип работы тепловизора: подробное руководство
Сегодня трудно представить себе многие промышленные и военные области применения без тепловизоров — устройств, обнаруживающих тепловое излучение. Они улучшают наше несовершенное зрение и помогают видеть больше и лучше.
Одной из крупнейших компаний по разработке и производству тепловизоров в России является «Росэлектроника» и холдинг «Швабе», входящие в Госкорпорацию Ростех. В этой статье рассказывается о том, как устроены тепловизоры, чем они отличаются от приборов ночного видения и как они «видят» в кромешной тьме.
Как увидеть тепло
В 1800 году астроном Фридрих Вильгельм Гершель, экспериментируя с преломлением света, обнаружил, что существует спектр излучения, называемый инфракрасным, который не виден человеческому глазу. Позже было доказано, что температурный диапазон электромагнитного теплового излучения у каждого тела разный.
Но видит ли его человеческий глаз? Естественно! Например, несомненно, теплое солнце, которое прекрасно видно невооруженным глазом. А чтобы видеть в темноте и определять сквозь препятствия, которые не такие теплые, как солнце, человечество изобрело термоиллюминатор — прибор, который расширяет возможности нашего зрения и даже позволяет увидеть малейшие проявления тепла.
Первые приборы, изображающие температуру предметов, появились в XX веке. Такие приборы, как, например, испарители, были основаны на принципе неравномерного испарения или конденсации веществ в мембране, создающей рельефное изображение предмета. Позже, в 1940-х годах, появились тепловизоры, которые также передавали изображение на пленку. Наконец, в 1960-х годах, когда технология начала развиваться, тепловизоры можно было создавать в режиме реального времени. Изначально тепловизионные устройства разрабатывались для армии, но в 1965 году появились первые коммерческие тепловизоры для мониторинга высоковольтных линий.
Тепловизионный регистратор, созданный на Лыткаринском заводе (ЛЗОС) холдинга «Швабе».
Детекторы, улавливающие и преобразующие инфракрасное излучение в информацию, — более сложные в производстве устройства. Как и обычный фотоаппарат, он состоит из чувствительной матки и электронного блока, обрабатывающего сигнал. Через систему линз инфракрасное излучение попадает на матрицу, покрытую сенсором. Затем процессор преобразует данные в видеосигнал и подает его на экран устройства.
По сравнению с приборами ночного видения тепловизоры являются более сложными устройствами, но и более гибкими. Приборы ночного видения формируют изображение на основе света, отраженного от объекта. Это означает, что вы не сможете найти черную кошку в абсолютно темной изолированной комнате, но вы легко найдете ее в тепловизоре.
Игра в «холодно-горячо» по-взрослому
С помощью тепловизионной камеры, заглядывая внутрь объекта без прямого физического контакта, можно выявить отклонения от нормальной температуры. И эта способность оказалась очень востребованной для такого бездегенеративного силового контроля при изучении объектов, когда объект не разделен на элементы и в большинстве случаев без прерывания рабочего процесса, в котором участвует объект.
Наблюдение за изменением температуры и поиск утечек тепла через объекты полезны в различных областях промышленности и науки. Механические, производственные, строительные и тепловизионные камеры помогают в работе и предотвращении техногенных катастроф, а спасатели с их помощью ищут людей, попавших в беду. Они нашли применение даже в медицине, где по динамике температуры определенных органов можно обнаружить злокачественные опухоли. Тепловизионные приборы незаменимы для охотников как днем, так и ночью.
Тем не менее, основным потребителем тепловизионных приборов остаются правоохранительные органы. Тепловизоры устанавливаются на личное оружие, бронетехнику, самолеты и корабли в системах наблюдения, входящих в комплекты «умного» оборудования. Все это позволяет обнаружить захватчиков и следы их деятельности независимо от времени суток и погодных условий.