На сегодняшний день тепловизоры нашли свое применение в множестве различных отраслей. Они помогают выявлять утечки тепла, контролировать качество строительных материалов, диагностировать медицинские заболевания, а также выполнять множество других задач.
Тепловизор: кому полезен и где применяется, как выбрать
Тепловизор представляет собой измерительный прибор, предназначенный для визуализации теплового (инфракрасного) излучения окружающих объектов в любое время суток и измерения температуры на поверхности с высокой точностью – от 0,1°С и выше. Основной функцией тепловизора является бесконтактное обнаружение температуры объектов, как живой, так и неживой природы, выявление неисправностей в оборудовании и электрооборудовании, а также ошибок, допущенных в процессе строительства. Тепловизионные камеры создают четкие тепловые изображения, основываясь на различиях температур. При этом алгоритмы обработки изображений анализируют данные и присваивают цветовую палитру, где самые горячие зоны окрашиваются в красный, желтый и оранжевый цвета, а более холодные участки отображаются в синий и черный цвет.
Популярность тепловизоров обусловлена их универсальностью в различных отраслях человеческой деятельности. К числу наиболее распространенных областей применения относятся строительство, охота, медицина и промышленность. Тепловизоры все чаще используются и в повседневной жизни для диагностики квартир и частных домов, что позволяет находить места тепловых утечек и выявлять проблемы в электросетях.
Принцип работы тепловизора
Принцип функционирования тепловизора заключается в регистрации и анализе температуры на поверхности объектов. Каждое вещество обладает своей способностью отражать и поглощать инфракрасное излучение. Неравномерность нагрева одной и той же поверхности формирует тепловую картину, которая интерпретируется с помощью цветовой кодировки на дисплее, указывая на температурные значения. Существуют тепловизоры с разрешением до 0,05-0,1 °C. Спектральный диапазон 8-14 мкм и 3-5,5 мкм, в котором работают тепловизоры, наиболее прозрачен для приземных слоев атмосферы, что значительно увеличивает дальность наблюдения за объектами, испускающими тепло в диапазоне температур от -50 до +500 градусов. В этом диапазоне наблюдается минимальная интерференция от атмосферных явлений, таких как туман, дождь, снег и дым.
Что видит тепловизор
Наши глаза способны воспринимать лишь небольшую часть электромагнитного спектра. Мы видим только видимый свет, в то время как инфракрасное излучение находится за пределами возможностей нашего восприятия. Видимый спектр имеет длину волны от 0,38 до 0,76 мкм, причем его средняя часть соответствует 0,55 мкм — максимальному значению солнечного излучения. Весь спектр электромагнитного излучения простирается от ангстрем до сотен километров, и человеческой цивилизации постоянно требуется освоение тех диапазонов, где глаз бессилен.
Инфракрасное излучение располагается между видимым светом и СВЧ-диапазоном электромагнитного спектра и охватывает длины волн от 0,76 до 1000 мкм. Основным источником инфракрасного излучения является тепло, то есть любой объект с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 °C или 0 К) испускает инфракрасные волны. Даже такие объекты, как кубики льда, излучают ИК-лучи. Если бы человеческий глаз мог видеть инфракрасное излучение, мы смогли бы оценивать температуру объектов без необходимости их касаться.
Что может тепловизор?
В рамках тепловизионной диагностики и энергоаудита тепловизоры способны выявлять зоны с аномальными температурами, таким образом, они часто используются как индикаторы. Большинство тепловизоров могут не только получать изображения, но и определять температурные значения в отдельных точках.
Обнаруживая перегрев элементов, тепловизор помогает выявить неправильно функционирующие части механических агрегатов, подверженные повышенному трению, недостатки контактных соединений, а также проблемы в электрических системах и токопроводящих шляхах мощного электрооборудования. В строительстве тепловизионные камеры применяются для энергоаудита, проверки качества строительных работ (включая контроль монтажа окон, теплоизоляции и пр.), поиска утечек и скрытых дефектов, выявления мест потенциальных плесневых образований, диагностики электросетей и проверки работы систем отопления.
Классификация измерительных тепловизоров по применению:
- для обследования электрооборудования и электрики;
- для поиска утечек тепла или холода;
- для обнаружения утечек газа или разливов нефти;
- для контроля и автоматизации технологических процессов;
- для научных исследований.
Что такое тепловизор и зачем он нужен
Что представляет собой тепловизор и какое его назначение в строительстве? Устройство является измерительным прибором, предназначенным для анализа инфракрасного (теплового) излучения и отображения результатов в виде цветных изображений. Этот инструмент способен видеть объекты независимо от условий освещения, в любое время суток и года. Тепловизор предназначен для бесконтактного измерения температуры тел и объектов.
По сути, тепловизор – это инфракрасная камера. Он применяется в строительстве, промышленности, медицине, охоте и охране, поскольку может фиксировать и отображать все объекты, температура которых превышает абсолютный ноль, даже водяной лед.
Виды тепловизоров
На изображении вы можете увидеть, как выглядят тепловизоры. Также рекомендуется ознакомиться с их типами для лучшего понимания назначения, классов и функций. Условно их можно классифицировать на:
- наблюдательные;
- измерительные;
- стационарные;
- переносные;
- высокотемпературные.
Все виды тепловизоров работают по единому принципу — преобразование инфракрасных лучей в видимые температурные диаграммы, представленные на экране.
Наблюдательные приборы
Тепловизор применяется в строительстве и его основная задача – выявление проблемных зон, связанных с перегревом или замерзанием стен, потолков или оборудования.
Рекомендуем просмотреть видео, где подробно объясняется, как пользоваться тепловизором при обследовании объектов.
Наблюдательные тепловизоры обычно оснащены монохромными экранами. Такой цветовой формат обеспечивает максимальную контрастность, что особенно важно для отслеживания людей или животных в охраняемых зонах или на природе. Данная категория приборов используется военными, охранными структурами, спасателями, а также исследователями природы.
Так как данные тепловизоры предназначены исключительно для наблюдения, охраны и обнаружения теплых объектов, они могут не иметь функций для измерения температуры.
Если вам требуется консультация или у вас остались вопросы о приборах
Пожалуйста, пишите мне в WhatsApp (Ватсап)
Измерительные приборы
Тепловизоры бывают различных типов, в том числе измерительные.
Чувствительность тепловизоров этого типа значительно выше. Дисплей показывает цветное изображение, где каждый оттенок соответствует определенной температуре. Эти устройства предназначены для точного измерения температуры поверхности различных объектов. Термограмма позволяет оценить степень нагрева каждой точки на снятом изображении.
Измерительные тепловизоры необходимы для удаленного контроля температурных режимов без разрушения конструкций. Их применяют в строительстве, в индустрии, медицинской сфере, для диагностики электрооборудования и т.п.
Также можно отметить визуальные пирометры, которые представляют собой недорогие тепловизоры, измеряющие температуру в средней точке изображения и отображающие на экране тепловую диаграмму с невысоким разрешением. Несмотря на то что изображение может быть менее четким по сравнению с профессиональными приборами, его достаточно для выявления областей аномального нагрева или охлаждения. Такие устройства часто используются в быту.
Рекомендуем просмотреть видео, где подробно объясняется, как пользоваться тепловизором при обследовании помещений.
Стационарные приборы
Эти мощные тепловизоры имеют охлаждаемый сенсор. Из-за их громоздкости они не предназначены для перемещения и устанавливаются на производственных мощностях для мониторинга технологических процессов. Температура, которую они могут фиксировать, варьируется от -40 до +2000 градусов Цельсия.
Датчики этих тепловизоров охлаждаются жидким азотом, что позволяет им работать при высоких температурах и точно отображать термические данные. Матрицы фотоприемников изготавливаются из полупроводников.
Конструкция тепловизора
Тепловизор является сложным устройством, если рассматривать его в теории, однако на практике он состоит из нескольких основных компонентов:
- корпус и элементы управления;
- объектив с настройками и фокусировкой изображения (обычно это поворотный механизм, аналогичный механизму фотокамеры);
- матрица;
- дисплей (чаще всего сенсорный);
- электронный блок управления;
- чип встроенной памяти;
- система матричного охлаждения (если требуется увеличение чувствительности в распознавании инфракрасных образов).
Ключевые характеристики тепловизоров включают:
- дальность улавливания инфракрасного излучения (тепловых потоков) и угол, в пределах которого производится распознавание;
- качество параметров матрицы (разрешение, погрешность, контрастность и т.д.);
- эргономические параметры (наличие таких опций, как подсветка, лазерный указатель, цифровое масштабирование, а также объем встроенной памяти для передачи данных на компьютер).
На территории России тепловизионное оборудование изготавливается в соответствии с несколькими государственными стандартами:
- ГОСТ Р 8.619–2006 (стандарт проверки тепловизионных приборов);
- ГОСТ 53466-2009 (стандарт технических требований для медицинских тепловизоров).
Виды тепловизоров
Рассматриваемые приборы можно классифицировать на следующие категории:
- наблюдательные устройства;
- измерительные тепловизоры;
- стационарные приборы;
- переносные детекторы;
- высокотемпературные теплоидентификаторы.
Хотя принцип работы данных приборов (преобразование инфракрасных лучей в изображения в видимом диапазоне) схож, различия заключаются в матрицах, а также в возможностях электронного блока:
Приборы для наблюдения
Как правило, наблюдательные тепловизоры оборудованы одноцветными экранами, что повышает контрастность изображения. Это позволяет эффективно отслеживать людей и животных, например, в лесу. Устройства данного типа используются спецподразделениями (например, военными), охотниками, охранниками, спасателями и натуралистами. Такие тепловизоры предназначены исключительно для наблюдения и обнаружения излучающих объектов, что означает отсутствие функций для измерения температуры.
Приборы для измерения
Измерительные тепловизоры характеризуются высокой чувствительностью. Их дисплеи цветные, позволяя каждому цвету отражать степень нагрева. Эти приборы применяются для точного определения температур поверхностей. Термограммы, которые они формируют, показывают нагрев каждой отдельной точки на созданном изображении.
Измерительные устройства востребованы для определения температур скрытых объектов без разрушения оболочек, которые их защищают, что делает их популярными в строительстве, промышленных предприятиях, медицине и в археологии.
К этой же категории относятся визуальные пирометры, которые измеряют нагрев только в центральной точке изображения. На экране отображается тепловая диаграмма с относительно низким разрешением. Несмотря на это, такой изображения часто бывает достаточно для определения зон перегрева или переохлаждения. Эти устройства также широко используются в быту.
Стационарные устройства
Данные устройства отличаются высокой мощностью и часто оснащены системой принудительного охлаждения матрицы. Из-за большого размера и массы они не предназначены для мобильного использования. Обычно их устанавливают на производственные участках с целью контроля проводимых процессов. Потенциальная температура, которую они могут фиксировать, может находиться в диапазоне от -40 до +2000 °C.
Система принудительного охлаждения, как правило, включает использование жидкого азота, что позволяет точно фиксировать температуры, даже когда они достигают нескольких тысяч градусов. Матрицы фотоприемников обычно изготавливаются из полупроводниковых пикселей.
Переносные приборы
Переносные тепловизоры изготавливаются с использованием специализированных кремниевых сенсоров. Они имеют компактные габариты и отсутствует система принудительного охлаждения, но обладают высокой чувствительностью благодаря уникальной матрице. Это делает их идеальными для обследования сложнодоступных территорий.
Высокотемпературные приборы
Такие устройства могут быть как переносными, так и стационарными. Они способны определять температуры выше 650-1000 °C, некоторые модели могут фиксировать нагрев свыше 1200 °C и более. Основная задача таких тепловизоров – контроль работы котлов, печей, химических колонн и других объектов, работающих при высокой температуре, включая атомные реакторы.
Устройство тепловизора
Тепловизор состоит из следующих ключевых элементов:
- Матрица или сенсор. Это основной элемент тепловизора, отвечающий за преобразование инфракрасного излучения в электрические сигналы. Матрицы могут быть различных типов, включая ИК-матрицы, микроболометрические матрицы и другие.
- Оптическая система. Этот компонент состоит из объектива и системы зеркал, которые фокусируют инфракрасное излучение на матрице.
- Программное обеспечение. Оно обрабатывает данные, полученные от матрицы, и отображает их на дисплее в виде изображения.
- Дисплей. Элемент, на котором отображается изображение, созданное программным обеспечением.
- Аккумулятор. Обеспечивает работоспособность тепловизора без подключения к сети электропитания.
- Интерфейс пользователя. Дает возможность управлять устройством и просматривать полученные результаты.
- Корпус. Защищает компоненты тепловизора от внешних воздействий и обеспечивает удобство его использования.
Характеристики тепловизора
Вот основные характеристики, на которые стоит обратить внимание при выборе тепловизоров:
- Разрешение: количество пикселей на экране, что влияет на уровень детализации изображения. Чем выше разрешение, тем качественнее изображение.
- Диапазон температур: диапазон температур, который может фиксировать тепловизор, часто от -20 до +600 градусов Цельсия.
- Частота обновления: показатель, определяющий, как часто прибор обновляет изображение. Более высокая частота обновления сокращает время на получение полной картины.
- Угол обзора: этот параметр определяет ширину поля зрения прибора. Больший угол обзора позволяет охватить обширные площади.
- Тип датчика: определяет, какой тип датчика используется в тепловизоре, включая инфракрасные (IR) и матричные (MW) датчики.
- Размер объектива: большее стекло увеличивает область захвата изображения.
- Интерфейс подключения: с компьютерами или другими устройствами. Это может быть USB, HDMI, Wi-Fi и тому подобное.
- Питание: различные варианты питания приборов включают аккумуляторы, батареи и подключение к сети.
- Вес и габариты: важные характеристики на этапе выбора прибора для выполнения определенных задач.
Военные тепловизоры
Нашли множество технологических решений, изначально разрабатываемых для военных нужд, и тепловизоры являются ярким примером. После появления приборов ночного видения на основе электронных преобразователей, современные военные чаще всего используют тепловизоры как в автоматах, снайперских винтовках и пулеметах, так и в составе танковых, самолетных и корабельных прицелов. Возможность наблюдать на больших дистанциях и точно определять местоположение противника значительно изменила тактику ведения боевых действий. Следует отметить, что многие военные тепловизоры имеют сходство с охотничьими, так как задачи и размеры объектов достаточно похожи, однако они отличаются высокой прочностью корпусов и элементов, способных выдерживать большие нагрузки, а также требованиями к обнаружению на сверхдальних дистанциях и полной невидимости (даже лазерный дальномер не всегда можно заметить).
Разновидности по исполнению
Устройства для установки на автоматы и винтовки
Для обследования территорий и наводки артиллерии
Вспомогательные насадки на каски
Ключевые функции:
- лазерный дальномер (для измерения дистанции до объекта);
- баллистический калькулятор (для корректировки прицельной сетки с учетом баллистики);
- емкие аккумуляторы и возможность подключения PowerBank (в случаях, когда нет возможности и времени зарядить устройство).
Научные тепловизоры
Тепловизоры также нашли свое место в научных исследованиях, так же как рентгеновское или ультрафиолетовое излучение. Поскольку наше зрение ограничено лишь малой частью видимого спектра, термография вносит значительный вклад в проведение различных экспериментов. Для таких целей часто используются профессиональные охлаждаемые сенсоры, которые значительно повышают качество получаемых изображений.
Разновидности по исполнению
Ключевые функции:
- сменные фильтры (для работы в различных спектрах);
- радиометрическая калибровка (для повышения точности измерений);
- выбор сменных объективов (для выполнения задач с разными размерами объектов и расстояниями до них).
В данной статье мы коснулись основных видов тепловизоров, рассмотрели их отличия и ключевые функции для каждой категории. Как видно, тепловизоры играют важную роль в различных сферах и практически не имеют аналогов. Надеемся, что информация оказалась полезной, и вы нашли что-то интересное для себя. Дополнительные сведения по каждому из подвидов вы сможете найти на нашем сайте. Специалисты OpticsTrade всегда готовы предоставить консультацию.
