Как работает тепловизор? Термограф принцип работы.

Что такое тепловизор? В основе данного оборудования лежит технология тепловой визуализации. Тепловое изображение — это метод улучшения видимости объектов в темной среде путем обнаружения инфракрасного излучения и создания изображения на основе этой информации.

Наиболее часто используемые технологии ночного видения:

тепловое изображение;

ближняя инфракрасная подсветка;

малошумящая визуализация.

В отличие от других двух методов, тепловидение работает в средах без какого-либо внешнего освещения. Подобно ближнему инфракрасному освещению, тепловидение может проникать в обскуранты, такие как дым и туман.

Что такое тепловизор? Описание технологии

Краткое объяснение того, как работает тепловидение: все объекты излучают инфракрасную энергию (тепло) в зависимости от их температуры. Инфракрасная энергия, излучаемая объектом, известна как тепловая идентификация. Чем жарче объект, тем больше излучения он генерирует. Тепловизор (также известный как тепловая камера) является датчиком тепла, который способен обнаруживать незначительные различия в температуре. Устройство собирает инфракрасное излучение объектов и создает электронное изображение на основе информации о различиях их температурного режима.

Термальные изображения обычно имеют различные оттенки в природе: черные объекты — холодные, белые — горячие, а глубина серого указывает на различия между ними. Однако некоторые тепловизионные камеры добавляют цвета к изображениям, чтобы помочь пользователям идентифицировать объекты при разных температурах.

История

Прототипы видеокамер с тепловизором были впервые представлены в 1992 году, но подробная оценка их эффективности в реальных ситуациях не была опубликована до 2007 года. Модель, оцененная в 2007 году, весила примерно 1,5 кг, что значительно увеличивало массу шлема, на который устанавливалась камера. Современные модели гораздо легче и мобильнее своих первых прототипов.

Оборудование для теплового видения

Что такое тепловизор? Это тип термографической камеры, используемой при пожаротушении. Предоставляя инфракрасное излучение в качестве видимого света, такие камеры позволяют пожарным видеть участки тепла через дым, темноту или теплопроницаемые барьеры. Камеры для тепловизионных изображений обычно являются карманными, но могут быть установлены на шлеме. Они сконструированы с использованием тепло- и водонепроницаемых корпусов и прочны, чтобы противостоять опасностям, связанным с работой на площадке.

Устройство

Какова конструкция тепловизора? Камера тепловизора состоит из пяти компонентов: оптической системы, детектора, усилителя, обработки сигналов и дисплея. Специальные тепловизионные камеры, предназначенные для пожарной безопасности, включают эти компоненты в жаропрочный, прочный и водонепроницаемый корпус. Эти компоненты работают вместе, чтобы сделать тепловое инфракрасное излучение видимым в реальном времени.

На дисплее камеры отображаются инфракрасные разности выходных сигналов, поэтому два объекта с одинаковой температурой будут отображаться как один и тот же «цвет». Многие тепловизионные камеры, например, тепловизоры Pulsar Quantum, используют оттенки серого для представления объектов нормальной температуры, но выделяют опасно горячие поверхности разных цветов.

Камеры могут быть ручными или установлены на шлеме. Большинство тепловизионных камер, используемых в пожарной службе, а также тепловизоры для охоты — карманные модели. Это удобно.

Использование тепловизоров: отзывы

Поскольку тепловизионные камеры могут «видеть» сквозь тьму или дым, они позволяют пожарным быстро находить место пожара в конструкции или видеть сигнатуру тепла визуально скрытых жертв. Они могут использоваться для поиска жертв на открытом воздухе в прохладную ночь, нахождения тлеющих пожаров внутри стены или обнаружения перегрева электрической проводки.

В современном мире трудно будет отыскать человека (за исключением, возможно, лишь детей до 7-8-летнего возраста) никогда не слышавших о тепловизорах. Правда, хоть раз державших настоящий прибор в руках, наберётся не так много. И, тем не менее, на свете существуют люди, не только обладающие тепловизорами, но и смастерившие их самостоятельно из подручных материалов.

Возможно ли сделать тепловизор своими руками?

Такая необходимость становиться новыми Кулибинами в нашей стране связана с весьма высокой стоимостью этих профессиональных устройств. В случае же сборки по принципу «сделай сам» цена самодельного тепловизора падает даже не в разы, а на порядки. Несмотря на довольно сложный принцип работы, сборка аппарата в домашних условиях возможна, а абсолютное большинство необходимых датчиков (например, популярный MLX90614ESF) можно легко купить на интернет-площадках типа e-bay. По существу, главной сложностью является оптика, требуемая для чёткого конфигурирования изображения на приёмном мониторе. Причём оптика специализированная, использующая в составе редкоземельные элементы (чаще всего германий) – и вот её без уникальных технических навыков и глубоких знаний физики изготовить в квартире малореально.

Действие тепловизора на охоте

Однако, простое решение для этого есть – и состоит оно в использовании готовых оптических систем из любого устройства, в котором они присутствуют (цифровых фотоаппаратов, web и обычных видеокамер и т.д.).

Необходимость на охоте

Тепловизор – прибор многофункциональный, но, помимо использования в качестве стационарного оборудования (для контроля различных промышленных техпроцессов), наиболее полезна его портативная и переносная версия. В полной мере относится сказанное и к применению прибора на охоте – причём желательным является конструкция аппарата в виде ударопрочного и лёгкого моноблока, обеспечивающая высокую дальность различимой видимости (на профессиональных моделях составляющая 1,5 км и имеющая уровень защиты свыше IP54). Если аппарат будет собран на цифровой, а не аналоговой оптике (с трудом позволяющей отличить горячий костёр от холодного снега на расстоянии уже 100 метров), охотник получит возможность найти зверя или птицу в самых неблагоприятных для обычного человеческого зрения условиях. К таковым можно отнести и тёмное время суток, и густой туман, и дождь, и даже заросли, маскирующие животных, застывших и не двигающихся с места.

Для тепловизора же излучение тела теплокровных млекопитающих или птиц на мониторе будет выглядеть ярким пятном, что просто не позволит добыче остаться незамеченной.

Принцип работы

Принцип действия тепловизоров основан на законе физики, согласно которому любое нагретое тело излучает в пространство тем более интенсивное инфракрасное излучение (ИК), чем горячее температура предмета – в том числе и тело теплокровного животного. Такое излучение улавливается нашим прибором и преобразуется в картинку на мониторе, удобную для человеческого восприятия. Разница в температуре ИК-излучения передаётся различными цветами, привычными для нас по традиционному, видимому излучению. От тёмно-фиолетового и синего для наиболее холодных тел – до оранжевого и ярко-красного горячих.

Осуществляется этот процесс приёма-передачи изображения в 3 этапа:

улавливание ИК-оптикой теплового излучения;
цифровое распределение его по величинам температур;
построение термографической картинки – имитации так называемой тепловой карты объекта (чем-то схожей с привычным показом температур на картах метеорологических прогнозов погоды).

Стоит отметить, что для человеческой скорости реакции все эти действия осуществляются по существу мгновенно.

Конечно, собранный самостоятельно тепловизор качества картинки и эффективной дальности профессионального аппарата не даст. Но для охотника, желающего засечь хотя бы просто бесформенное тепловое пятно затаившегося зверя, в устройстве высокой чёткости стоимостью в 5, 10, а иногда и в 20 тысяч долларов, в сущности, нет необходимости.

Как действует тепловизор – изображение

Мы готовы предложить вам три практических варианта сборки любительского тепловизора – а какой из них выбрать, решать остаётся самому охотнику.

Тепловизор из фотоаппарата

Этот метод создания тепловизора наиболее прост и недорог – поскольку требует минимального вмешательства в конструкцию цифровика и таких же невысоких затрат. Основан он на том простом физическом факте, что цифровые аппараты на входе фиксируют ИК-излучение так же, как и обычное. Но, поскольку в обычных условиях тепловая часть спектра фотографу не нужна, перед приёмной матрицей производителями устанавливается специальный фильтр, отражающий ИК-лучи (так называемый «hot mirror», или тепловое зеркало).

Изготовление самодельного тепловизора из фотоаппарата

Таким образом, превращение цифровика в тепловизор по существу будет заключаться лишь в замене одного снятого фильтра (инфракрасного) на другой (для обычного света). Причём на практике даже 2-е действие, в принципе, можно не осуществлять.

Устройство из web -камеры

Этот вариант также возможен – но наиболее трудоёмок и относительно дорог, поскольку требует дополнительных затрат в сумме примерно $150. К тому же эффективно полученный прибор на сервоприводах способен будет засечь лишь неподвижный предмет с тепловым излучением.

Особенности сборки тепловизора из веб-камеры на фото

Для сборки понадобится:

специальная плата передачи изображения на ПК Arduino, устанавливаемая в батарейный отсек;
один малый серводвигатель для перемещения по вертикали, крепящийся спереди от платы скотчем или суперклеем;
второй большой серводвигатель, размещаемый в поворотном по горизонтали устройстве и служащий основой для закрепления на нём всей конструкции;
температурный датчик MLX90614, подключаемый к плате Arduino согласно схеме;
аналогичным образом подключаемая лазерная указка (указывающая текущее направление сканирования);
сама «вебка», точно сориентированная с указкой и тепловым датчиком.

Данная конструкция и будет работать как тепловизор с целеуказателем (правда, придётся отдельно скачать и установить ещё и софт для Arduino – доступный в интернете и небольшой по размеру – около 7Мб вместе с инструкцией по установке скетчей и библиотек).

Тепловизор из видеокамеры

По существу, технически метод является копией варианта с фотоаппаратом – разве что корпус такого тепловизора получится более удобным, а качество изображения – более высокой чёткости (правда, потребуется видеокамера с инфракрасной подсветкой).

Другие варианты

Вполне реальным (и наиболее комфортным для всех, кто не особо дружит с паяльниками, отвёртками и технической литературой) является и вариант с использованием самых обычных смартфонов, наделённых возможностями тепловизора Flir One.

Для путешественников и охотников экран такого смартфона (при активации соответствующего режима) будет ничем не уступать по качеству картинки наиболее простым профессиональным тепловизорам. А также обладать возможностью работать под дождём и визуализировать любое ИК-излучение в пределах от 0 до 100°С. Хотя и не позволит, разумеется, что-либо различить на расстояниях около километра. Но - будучи при этом примерно в 10 раз дешевле! И ничего не стоя (в плане дополнительных затрат) тем, кто просто решит обновить мобильный телефон на такую модель.

Видео: термосканер своими руками

В заключение можно сказать, что ряд современных стандартных гаджетов вполне позволяют преобразовать себя в тепловизоры – после внесения минимальных изменений в конструкцию. И в результате, не требуя огромных дополнительных вложений, значительно расширяют временные и погодные рамки условий, при которых с помощью даже самодельных тепловизоров можно засечь желанную добычу. Хотя при ночном вождении использование таких самодельных устройств в качестве прибора ночного видения автомобилях все же не рекомендуется (а созданных на основе веб-камер – запрещается).

Увидеть места локального нагрева и следовательно слабые места нашего окружения было всегда увлекательным процессом в современном тепловидении. Инфракрасные камеры претерпели существенные изменения в плане улучшения соотношения цена/производительность не в последнюю очередь благодаря всё более эффективным способам изготовления инфраскрасно-оптических датчиков изображения. Техника стала более мелкой, а устройства более прочными и неприхотливыми к расходу электроэнергии. Как же работают современные инфракрасные камеры?

Принцип действия инфракрасной камеры

Тепловизоры работают как обычные цифровые камеры: Они обладают полем зрения, так называемым Field of View (FOV), которое может составлять в качестве телеобъектива 6°, стандартной оптики 23°, а в качестве широкоугольного объектива 48°. Чем дальше находишься от объекта измерения, тем больше охватываемая область изображения и следовательно размер кадра, который регистрирует отдельный пиксель. Плюсом в этом является то, что яркость свечения при достаточно большой площади не зависит от удаления. Благодаря этому расстояние до объекта измерения в значительной степени не влияет на процессы измерения температуры.

Тепловое излучение в среднем инфракрасном диапазоне может фокусироваться только за счёт оптики из германия, сплавов германия, цинковых солей или с помощью зеркал с поверхностным покрытием. Такая улучшенная оптика по сравнению с обычными, изготавливаемыми большими партиями объективами в видимой спектральной области всё еще является значительным фактором расходов при изготовлении тепловизоров. Они выполнены в виде сферического 3-линзового объектива или асферического 2-линзового объектива и должны для термометрических правильных измерений калиброваться именно на камерах со сменными объективами в отношении их воздействия на каждый отдельный пиксель.

Основной элемент любого тепловизора: матрица в фокальной области

Основным элементом любого тепловизора, как правило, является матрица в фокальной области (FPA). Она представляет собой встроенный датчик изображения размером от 20 000 до 1 миллиона пикселей. Каждый пиксель сам является микроболометром размером от 17 x 17 до 35 x 35 мкм². Подобные тепловые приёмники толщиной 150 нанометров нагреваются посредством теплового излучения в течение 10 мс примерно на одну пятую разности между температурой объекта и собственной температурой. Подобного рода высокая чувствительность достигается за счёт очень низкой теплоёмкости в сочетании с превосходной изоляцией инфракрасной камеры относительно свободного окружения. Коэффициент поглощения частично прозрачной площади приёмника увеличивается посредством взаимодействия пропущенной и затем отражённой на поверхности кремниевого кристалла световой волны с последующей световой волной.

Для использования данного эффекта самоинтерференции поверхность болометра, состоящая из оксида ванадия или аморфного кремния, должна посредством специальных технологий травления располагаться на удалении ок. 2 мкм от схемы считывания. Относящая к поверхности и ширине полосы пропускания удельная обнаружительная способность описываемой здесь матрицы в фокальной области достигает значений около 109 см Hz1/2 / W. Этим самым она на порядок превосходит другие тепловые датчики, используемые, напр., в пирометрах. За счёт собственной температуры болометра снова изменяется его сопротивление, которое преобразуется в электрический сигнал напряжения. Быстрые 14-битовые аналого-цифровые преобразователи оцифровывают предварительно усиленный и сериализованный видеосигнал. Система цифровой обработки сигнала рассчитывает для каждого отдельного пикселя значение температуры и генерирует в реальном времени знакомые псевдоцветные изображения или тепловые диаграммы.

Тепловизорам требуется достаточно дорогое калибрование, при котором каждому пикселю для различных температур микросхемы или чёрного излучателя требуется присвоить ряд величин чувствительности. Для повышения точности измерения матрицы в фокальной области болометра термостатируются при определённых температурах с большой точностью регулирования.

Передача и анализ тепловых диаграмм

Благодаря разработке всё более производительных, компактных и одновременно недорогих ноутбуков, ультра-мобильных ПК, нетбуков и планшетных ПК в настоящее время имеется возможность использования их

больших дисплеев для представления тепловых диаграмм,
оптимизированных литий-ионных аккумуляторов для электропитания,
вычислительной мощности для гибкого высококачественного представления сигнала в реальном времени,
ёмкости памяти для практически неограниченной по времени видеозаписи тепловых диаграмм, а также
интерфейсов, напр., Ethernet, Bluetooth, WLAN и ПО для интеграции термографической системы в среду пользователя.

Стандартный и доступный интерфейс USB 2.0 позволяет при этом передавать данные на скорости

30 Гц с разрешением 320 x 240 пикселей и
120 Гц для форматов изображения 20 000 пикселей.

Введённая в 2009 году технология USB 3.0 подходит даже для разрешения тепловых диаграмм стандарта XGA до 100 Гц. За счёт применения принципа веб-камер в области термографии появились совершенно новые свойства продукции с существенно улучшенным соотношением цена/производительность. При этом тепловизор в реальном времени подключается к ПК на базе ОС Windows© через интерфейс со скоростью передачи данных 480 Мбод, который одновременно обеспечивает и электропитание.

Аппаратное обеспечение тепловизоров

Стандарт USB служил раньше лишь в качестве средства связи офисной техники. По сравнению с шиной FireWire весьма широкое распространение данного стандарта интерфейса инициировало многочисленные разработки, которые значительно повысили степень промышленной пригодности этого интерфейса и следовательно возможность использования оконечных устройств со стандартом USB 2.0, и прежде всего инфракрасных USB-камер. К ним относятся:

кабель, способный к эксплуатации в качестве энергоцепи и выдерживающий нагрузку до 200 °C и длиной до 10 м ;
кабельные удлинители до 100 м CAT5E (Ethernet) с усилителями сигнала;
оптоволоконные USB-модемы для длины проводов до 10 км.

Благодаря высокой ширине пропускания сигнала USB-шины, можно, напр., к ноутбуку подключать пять 120-гигагерцовых инфракрасных камер с помощью стандартного хаба через 100-метровый провод Ethernet.

Влагонепроницаемые, устойчивые к вибрациям и ударам тепловизоры серии optris PI соответствуют классу защиты IP 67 и поэтому пригодны для надёжного применения на испытательных стендах. Размер 45 x 45 x 62 мм³ и масса 200 г существенно снижают при этом затраты на установку корпуса охлаждения и воздуходувных насадок.

Обязательно: Калибрование смещения

По причине термического смещения болометров и их обработки сигналов на микросхеме всем выполняющим измерения инфракрасным камерам требуется с интервалом в несколько минут корректировка смещения. С этой целью зачернённая металлическая деталь с помощью электропривода перемещается перед датчиком изображения. Благодаря этому каждый элемент изображения настраивается на одинаковую, известную температуру. Конечно, в ходе выполнения такого калибрования смещения тепловизоры не работают. Чтобы как-то снизить негативное действие подобного процесса, активацию корректировки смещения в определённое время можно настроить посредством установки внешнего управляющего контакта.

К тому же камеры разработаны так, что самокалибровка выполняется максимально быстро: Установка относительно быстрых исполнительных элементов позволяет выполнять самонастройку в течение 250 мс. Это можно сравнить с длительностью смыкания век и поэтому приемлемо для многих процессов измерения. На конвейерах, где необходимо обнаруживать неожиданные места перегрева, часто могут использоваться созданные в реальном масштабе времени «хорошие» контрольные изображения в рамках динамичного измерения разности изображений. За счёт этого возможен длительный режим работы без задействования механического элемента.

Именно при использовании камеры технологии лазерной обработки сигналов CO2 с длиной волны 10,6 мкм хорошо себя зарекомендовала возможность закрывания оптического канала за счёт внешнего управления при одновременно независимой сигнализации оптомеханического защищённого режима работы камеры. Благодаря хорошей блокировке фильтров измерения температуры могут проводиться «по месту» для всех других обрабатывающих лазеров, работающих в диапазоне от 800 нм до 2,6 мкм.

Области применения тепловизоров

Анализ динамичных тепловых процессов при разработке продукции и производственных операций
Стационарное использование для непрерывного контроля и регулирования термических процессов
Использование в отдельных случаях в качестве портативного измерительного прибора при выполнении ремонтных работ и для определения мест утечки тепла
Термография в режиме полета для трудно просматриваемых с земли поверхностей

Возможность 120-гигерцовой записи видеосигнала имеет ряд преимуществ и для области исследований и разработок. Благодаря этому, термические процессы, которые только на короткое время попадают в поле зрения камеры, позднее удобно анализируются в режиме замедленного воспроизведения. Таким способом можно дополнительно создавать отдельные изображения из подобного видеоряда с полным геометрическим и термическим разрешением.

Помимо этого, сменная оптика, включая насадку для микроскопа, позволяет адаптировать устройство к различным задачам измерений: Если объективы с полем зрения 6° используются скорее для наблюдения за деталями с большого расстояния, то с помощью насадки для микроскопа можно измерять объекты размером 4 x 3 мм² с геометрическим разрешением 25 x 25 мкм².

При стационарной установке тепловизоров их оптически изолированный интерфейс процесса имеет преимущество в том, что полученная на основании тепловой диаграммы температурная информация передаётся дальше в виде напряжения сигнала. Кроме того, относящиеся к поверхности коэффициенты излучения или измеренные бесконтактным или контактным способом значения контрольной температуры могут передаваться в систему камер через вход напряжения. Для документации по контролю и обеспечению качества продукции другой цифровой вход может активировать режим моментальной съёмки или режим видеоряда. Подобные, касающиеся отдельных изделий изображения, могут автоматически сохранятся на центральных серверах.

Оптимизация технологических процессов в полимерной промышленности

Процесс изготовления пластмасс, напр., полиэтиленовых бутылок, требует определённого нагрева так называемой преформы, чтобы при формовании выдувом бутылки гарантировать однородную толщину материала. Технологическая линия в тестовых рабочих режимах обрабатывает заготовки толщиной только лишь 20 мм при полной рабочей скорости около одного метра к секунду. Поскольку время прохода испытуемого образца может меняться, необходима запись видеоряда с частотой 120 Гц, чтобы измерить температурный профиль преформы. При этом камера располагается так, что движение материала она записывает под косым углом - подобно последнему вагону движущегося поезда. В результате этого получают важный для настройки параметров нагрева температурный профиль на основании инфракрасного видеоряда.

Применение однострочной камеры в установках отверждения стекла

После нарезки окончательной формы конструкционного стекла, часто требуется его поверхностная закалка. Это выполняется в установках отверждения стекла, в которых нарезанное стекло нагревается в печи до температуры 600 °C. После нагрева материал с помощью движущихся валков подаётся из печи на участок воздушного охлаждения, в котором происходит быстрое и равномерно охлаждение поверхности. Вследствие этого образуется важная для безопасного стекла мелкокристаллическая закалённая структура. Данная структура и следовательно прочность стекла зависит от максимально равномерного нагрева всей поверхности изделия.

Поскольку корпус печи и участок воздушного охлаждения располагаются рядом, контроль перемещаемой из печи поверхности стекла возможен только через небольшую щель. На тепловой диаграмме материал появляется только в нескольких строках. Теперь программное обеспечение позволяет получить специальное изображение поверхности стекла, создаваемое из строк или групп строк. Камера измеряет щель по диагонали так, что при оптике с полем зрения 48° создаётся поле зрения 60°. Так как стекло в зависимости от покрытия поверхности может иметь различные коэффициенты излучения, инфракрасный термометр измеряет на нижней, непокрытой стороне стекла точную температуру поверхности при оптимальной для поверхности стекла длине волны 5 мкм.

Воздушная термография с лёгкими камерами

Наряду со стандартными концепциями интерфейсов уже стало возможным изготавливать инфракрасные камеры легкой конструкции , которые в комбинации с мини-ПК, напр., optris PI NetBox , можно без проблем устанавливать на летательные аппараты с дистанционным управления (напр., квадрокоптеры). Таким способом можно создавать тепловые диаграммы в воздухе, которые используются в особенности для контроля обширных объектов, напр., фотогальванических энергетических установок.

Входящее в комплект ПО по термографии гарантирует гибкость

Поскольку инфракрасные USB-камеры, начиная с версии Windows XP используют уже инсталлированные стандартные драйверы USB Video Class или HID, никакой установки драйверов не требуется. Относящаяся к отдельным пикселям корректировка видеоданных в реальном времени и расчёт температуры выполняется в ПК. Изумительное для 20 000 пикселей датчика хорошее качество изображения достигается за счёт дорогостоящего алгоритма рендеринга на базе ПО, который рассчитывает температурные поля в формате VGA. Прикладное ПО отличается высокой гибкостью и мобильностью. Помимо стандартных функций ПО по термографии optris PIX Connect имеет следующие свойства:

Большое число данных и функции экспорта тепловых диаграмм для поддержки отчётов и автономных анализов
Смешанные масштабируемые цветовые шкалы
Горизонтальные или вертикальные представления линий
Любое количество полей зрения с отдельными опциями тревоги

Основанное на контрольных изображениях представление разности видеоданных

Кроме этого, ПО предлагает режим макета, который сохраняет и восстанавливает различные режимы представления данных. Видеоредактор позволяет обрабатывать радиометрические файлы с расширением AVI. Подобные файлы можно анализировать с помощью параллельно используемого несколько раз ПО и в автономной режиме. К режимам видеозаписи относятся прерывистые режимы работы, которые позволяют записывать медленные термические процессы и затем быстро их просматривать. Передача данных в другие программы в реальном режиме времени осуществляется через подробно задокументированные библиотеки DLL, которые являются составной частью комплекта разработки ПО – Software Development Kits. С помощью интерфейса DLL можно управлять любыми другими функциями камеры. В качестве варианта ПО может обмениваться данными с последовательным Com-портом, и таким способом, напр., напрямую задействовать интерфейс RS422.

Литература

VDI/VDE Richtlinie, Technische Temperaturmessungen - Spezifikation von Strahlungsthermometern, Juni 2001, VDI 3511 Blatt 4.1
Trouilleau, C. et al.: High-performance uncooled amorphous silicon TEC less XGA IRFPA with 17 μm pixel-pitch; “Infrared technologies and applications XXXV”, Proc. SPIE 7298, 2009
Schmidgall, T.; Glänzend gelöst – Fehlerdetektion an spiegelnden Oberflächen mit USB 2.0 - Industriekameras, A&D Kompendium 2007/2008, S. 219
Icron Technology Corp.; Options for Extending USB, White Paper, Burnaby; Canada, 2009

– 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:

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

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 +350 0 , применяются для аудита строительных сооружений, определяют качество изоляции, находят места утечек тепла из зданий.
Промышленные: температурные границы – более +350 0 , применяются для диагностики электросетей, промышленных систем.
Высокотемпературные: определяют тепловые параметры более +1000 0 , 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

Особенности применения

Использование при ликвидации пожаров и проведении аварийно спасательных работ

Сравнение тепловизора и прибора ночного видения

Видим людей через дым

Остаток теплового следа

Применение тепловизора в промышленности

Использование тепловизора при поиске горючих, ядовитых жидкостей (сжиженных газов) в емкостях

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

Вода

ИК излучение не проходит через воду, в некоторых случаях проникает через туман или изморось.

Инфракрасное излучение не проходит через воду

ИК излучение может проникать или не проникать через пар, в зависимости от его плотности.

Например, туман не является преградой для тепловизора.

Тепловизор военный — незаменимый и очень важный предмет. С применением современных интегрированных систем охраны и безопасности решается одна из важнейших задач наших дней — охрана объектов различного функционального назначения. Стратегически важные объекты — аэропорты, морские порты, базы, правительственные и ведомственные структуры и многие другие — требуют надлежащей охраны, особенно в местах военного конфликта.

Эффективность такого режима всегда должна оставаться неизменно высокой, независимо от временного периода и погодных условий. Подобную задачу прекрасно выполняют передовые интеллектуальные системы видеонаблюдения. Такие комплексы включают в себя специальные тепловизионные камеры, которые с каждым днем становятся все более эффективными и качественными.

Тепловизор военный: ознакомление

Что же представляет собой стандартный тепловизор? Это устройство, основной функцией которого является обнаружение и распознавание цели в автоматическом режиме. В поле его зрения могут оказаться обычные люди, автомобили и другая военная техника, а также важные объекты. Чтобы охватить как можно большую площадь территории и правильно находить цели, широко используются автоматические радарно-оптические комплексы, радиолокационные станции которых выполняют функции указания и распознавания. которого позволяет военным вести точный огонь даже ночью, без проблем обнаруживает противника в полной темноте, прячущегося за препятствиями.

Классификация

Военные тепловизионные камеры подразделяются на два вида:

Стационарные модели. Они достаточно объемных размеров, улавливают колебания температур в диапазоне от -20 до +20000 градусов. Такие аппараты относятся к разработкам третьего поколения. Для того чтобы обеспечить бесперебойную работу тепловизора, используют азотное охлаждение.
Переносные аппараты. Тепловизор военный данного образца считается самой удачной разработкой. Они удобны, мобильны и функциональны, совершенно ничем не уступают своим предшественникам. Получаемая информация может мгновенно расшифровываться на компьютерах.

Достоинства прибора

Главное преимущество подобных станций — это высокая скорость работы, благодаря чему оперативно осуществляется обнаружение объекта, определение категории цели и ее траектории движения. Другими словами, с применением радиолокационного оборудования можно охранять крайне важные объекты, причем необходимые задания выполняются максимально точно и быстро.

Недостатки тепловизионной камеры

Тепловизор военный имеет один серьезный недостаток - стоимость. Самыми важными факторами, которые определяют ценовую политику, являются объектив (прицел) и матрица. Конечно же, проводятся огромные работы для удешевления производства. Эксперты заверяют, что уже были найдены способы матрицы. Однако с прицелом все намного сложнее. Для его изготовления используются очень дорогие материалы, при этом еще и достаточно редкие. Попытки найти альтернативную замену пока не увенчались успехом, но активные поиски не прекращаются. А это дает надежду на то, что в скором времени тепловизоры станут намного доступнее.

Принцип работы

Полученный сигнал об обнаружении цели сразу же автоматически передается на тепловизоры, интегрированные вместе с видеокамерами в единую модульную систему. Благодаря этому можно получить наиболее информативное и четкое изображение объекта с последующим отображением его на мониторе оператора в режиме реального времени. Именно это является основной задачей такого прибора, как тепловизор военный. Принцип работы этой системы дает возможность заранее фиксировать движение подозрительных объектов до возможного нарушения ими охраняемой территории. Это значит, что военные располагают достаточным количеством времени для оперативного разрешения возникшей ситуации в случае ее усложнения.

Как применяют тепловизоры?

Применение стационарных тепловизоров, которые зачастую устанавливаются на поворотных платформах или военной технике, позволяет обеспечивать наиболее высокую надежность охраны важнейших объектов или проводить разведку территорий. Кроме того, информация о предполагаемых угрозах со стороны будет поступать со стопроцентной вероятностью, независимо от погодных условий и видимости.

Тепловизоры военного назначения также используются в системах безопасности. Это дает возможность охранять периметр ведомственных, правительственных и многих других важных объектов. Кроме людей такое оборудование способно распознавать транспортные средства, любые подозрительные предметы, своевременно обнаруживать задымление и многие другие нештатные ситуации, что позволяет быстро предпринять все необходимые меры.

Возможно, будет полезно почитать: