Тепловізори. Види і робота. Пристрій і застосування. Особливості

Тепловізори це пристрої, за допомогою яких можна контролювати розподіл температури вимірюваного поверхні. Ця поверхня зображується на екрані приладу у вигляді колірного поля. На цьому полі певний колір відповідає деякій температурі. На екрані відображається інтервал видимої температури. Стандартна чіткість тепловізорів останніх моделей становить 0,1 градус.

У недорогих пристроях інформація зберігається в пам’яті приладу і при необхідності зчитується через комп’ютер. Найчастіше такі прилади використовують спільно з ноутбуком і спеціальною програмою, яка приймає інформацію з тепловізора.

Вперше тепловізори з’явилися ще в 30-х роках минулого століття. Сучасні системи тепловізорів стали розвиватися тільки в 60-х роках. Приймачі теплового випромінювання були з одним елементом. Зображення в приймачах здійснювалося за допомогою точкового зсуву оптики. Такі прилади мали низьку продуктивність і давали можливість для спостереження за змінами температури з малим швидкодією.

З розвитком технічного прогресу з’явилися фотодіодние осередки, здатні зберігати сигнал світла. Стало можливим проектування нових тепловізорів на базі матриць датчиків. З цих матриць сигнали надходять на дешифратор, далі на обробку в головний процесор приладу.

У певній послідовності сигнали проектуються на матрицю з розподілом температур з різними позначеними квітами. Такий принцип дав можливість отримати портативні автономні пристрої, здатні оперативно обробляти дані, що дозволяють контролювати зміну температури в реальному часі.

Перспективною розробкою нових тепловізорів стало використання охолоджуваних болометрів. Цей принцип заснований на підвищеної точності обчислення зміни опору тонких пластин під впливом випромінювання тепла всього спектра. Ця технологія популярна в багатьох країнах при виробництві нових тепловізорів, до яких пред’являються високі вимоги безпеки і мобільності. У нашій країні виготовлення автономних тепловізорів з неохолоджуваними болометр розпочато в 2007 році.

Робота і конструктивні особливості

Випромінювання інфрачервоного кольору фокусується оптичною системою тепловізора на приймачі, який подає сигнал у формі зміни опору або напруги.
Електроніка реєструє отриманий сигнал від системи тепловидения. В результаті сигнал перетвориться в електронну термограмму. Вона зображується на дисплеї.

Термограмме називається зображення об’єкта, яке пройшло обробку електронною системою для відображення її на екрані з різними колірними відтінками, відповідними розподілу інфрачервоних променів по площі об’єкта. В результаті оператор бачить термограмму, відповідну випромінювання тепла, що приходить від досліджуваного об’єкта.

Чутливість детектора до випромінювання тепла залежить від його власної температури, і якості охолодження. Тому детектор розташовують в спеціальне охолоджувальний пристрій. Найбільш популярний вид охолодження – це рідкий азот. Однак цей метод незручний і досить примітивний.

Іншим видом охолодження стали елементи Пельтьє. Це напівпровідники, здатні забезпечити перепад температур при проходженні по них електричного струму, і діють за принципом теплового насоса. Чутливість датчика тепловізора створюється за допомогою чутливих напівпровідників, виконаних з ртуть-кадмій-телуру, антімоніда індію та інших матеріалів.

Частини та елементи тепловізора

Вартість тепловізора досить висока. Основними його елементами є об’єктив і матриця (приймач випромінювання), які складають 90% вартості всього приладу. Такі матриці складні у виготовленні. Об’єктив неможливо виконати зі скла, так як скло не пропускає інфрачервоні промені. Поетом для об’єктивів використовують дорогі рідкісні матеріали (германій). В даний час ведуться пошуки інших недорогих матеріалів.

Іншими складовими частинами приладу є:

1 – Кришка об’єктива
2 – Дисплей
3 – Управління
4 – Ручка з ременем
5 – Тепловізор
6 – Пуск
7 – Об’єктив
8 * – Електронна система
9 * – Пам’ять для зберігання інформації
10 * – Програмне забезпечення

об’єктиви

У тепловізорі в обов’язковому порядку є хоча б один об’єктив, який здатний фокусувати випромінювання інфрачервоних хвиль на приймачі випромінювання. Далі приймач подає електричний сигнал і утворює теплове (з дистанційним управлінням) відображення, яке називається термограмме.

Найчастіше об’єктиви виготовляють з германію. Щоб оптимізувати пропускання світла об’єктивами, застосовують просвітлюючі тонкоплівкові покриття. У комплект тепловізора зазвичай входить чохол для зберігання і перенесення пристрою, іншого додаткового обладнання для застосування приладу в польових умовах.

дисплеї

Відображення картини теплового випромінювання здійснюється на рідкокристалічному екрані (дисплеї). Він повинен мати хорошу яскравість і достатній розмір для легкого огляду зображення при різних умовах освітлення, в польових умовах. На екрані зазвичай є допоміжна інформація. До неї відноситься колірна шкала температур, час, дата, заряд батареї, температура об’єкта і інша корисна інформація.

Схема обробки сигналу і приймач випромінювання застосовуються для модифікації випромінювання інфрачервоного світла в необхідну корисну інформацію. Фокусування теплового випромінювання об’єкта здійснюється на спеціальний приймач. Він виготовлений з напівпровідників. Теплове випромінювання створює електричний сигнал на приймачі. Далі сигнал надходить на електронну схему, розташовану всередині приладу, після обробки сигналу електронікою, на екрані виникає теплове зображення.

Органи управління

За допомогою цих елементів виробляються різні настройки електронної системи для оптимізації зображення теплового випромінювання на дисплеї. Такі настройки в електронному вигляді можуть змінити колірну гамму і злиття зображень, інтервал теплового рівня. Також регулюється відображена фонова температура і коефіцієнт випромінювання.

Сховище даних

Цифрові електронні дані, які містять зображення тепла і допоміжні дані, можуть зберігатися на електронних картах пам’яті різного типу, або на пристроях передачі і зберігання інформації.

Більшість тепловізійних інфрачервоних систем здатні зберігати допоміжні текстові і голосові дані, а також знімок зображення, які отримані за допомогою внутрішньої вбудованої камери, що працює в діапазоні видимості людиною.

Створення звіту і програмне забезпечення

Програмне забезпечення, що застосовується з багатьма сучасними системами теплобачення, є зручним і функціональним для оператора. Теплові цифрові і видимі зображення копіюються на комп’ютер або ноутбук. Там цю інформацію можна проаналізувати із застосуванням різних колірних палітр, здійснити інші регулювання радіометричних даних.

Також є можливість застосувати вбудовані опції проведення аналізу. Оброблені картинки можна включити в зразки звітів або віддрукувати на принтері. Зображення також можна по інтернету відправити замовнику, або зберегти на комп’ютері в електронному вигляді.

Класифікація

Тепловізори діляться на кілька видів за різними ознаками.

Спостережні перетворять інфрачервоні промені у видиме для ока світло по спеціальній колірній шкалі.

Вимірювальні тепловізори здатні визначати температуру досліджуваного об’єкта шляхом присвоєння величиною цифрового сигналу пікселів певну відповідну температуру. В результаті утворюється зображення розподілу температур.

Стаціонарні тепловізори служать для використання на підприємствах промисловості, де здійснюється контроль за дотриманням технологічних процесів в інтервалі -40 +2000 градусів. Такі пристрої оснащуються азотним охолодженням, щоб створити нормальні умови для роботи приймальної апаратури. Такі системи складаються з тепловізорів 3-го покоління, виконаних на напівпровідникових матрицях фотоприймачів.

Переносні пристрої тепловидения розроблені на основі неохолоджуваних кремнієвих мікроболометрів. Внаслідок чого з’явилася можливість відмовитися від застосування громіздкої і дорогої апаратури охолодження. Такі прилади мають всі переваги стаціонарних моделей. При цьому їх можна використовувати в важкодоступних місцях. Багато переносні тепловізори можна підключати до комп’ютера для обробки інформації.

Часто прилади нічного бачення плутають з тепловізорами. Однак між ними велика різниця. Пристрій нічного бачення може працювати при малій освітленості, так як посилює світло. Часто потрапив в об’єктив світло засліплює людини. Для тепловізора не потрібен світло, так як його принцип дії заснований на теплових інфрачервоних променях.

Сфера застосування тепловізорів

Тепловізори використовуються в різних сферах нашого життя. Так, наприклад ці пристрої використовуються в охороні об’єктів і військовій розвідці. Вночі людини можна через цей прилад помітити в повній темряві на відстані до 300 метрів, а військову техніку видно до 3 км.

В даний час існують відеокамери мікрохвильового робочого діапазону з виходом зображення на комп’ютер. Чутливість такої камери кілька сотих часток градуса. Отже, якщо ви взялися за ручку двері вночі, то теплової відбиток після цього буде видно близько 30 хвилин.

Велику перспективу мають тепловізори у визначенні дефектів в різних установках. Це має місце в разі підвищення або пониження температури певного місця механізму, або пристрою. Іноді певні дефекти виявляються тільки тепловізором. На опорних важких конструкціях (мостах) при втомному старінні металу, що виникають деформаціях в деяких місцях виділяється більше тепла, ніж належить. Тому є можливість діагностики дефектів без розбирання об’єкта.

В результаті можна сказати, що тепловізори застосовуються в якості оперативного контролера безпеки об’єктів.

Широке застосування тепловізори знайшли в медицині в якості діагностики патології різних захворювань. У здорового пацієнта температура тіла розподілена симетрично від середньої лінії всього тіла. Якщо ця симетрія порушується, то це є критерієм діагностики захворювань тепловізором.

Термографія є сучасним методом діагностики в медицині. Цей метод заснований на виявленні інфрачервоного випромінювання тіла людини в залежності від його температури. Інтенсивність і розподіл випромінювання тепла в нормі визначається своєрідними фізіологічними процесами, які відбуваються в організмі в глибоких і поверхневих органах.

Різні стану патології характеризуються несиметричністю розподілу температури тіла. Це знаходить своє відображення на термографической картині. Такий факт має важливе прогностичне та діагностичне значення. Про це свідчать багато клінічні дослідження.

Існують два основних види термографії:

  1. Телетермографія.
  2. Контактна холестеричних термографія.

Телетермографія діє на модифицировании інфрачервоних променів від тіла людини в сигнал електричного струму, що зображують на дисплеї тепловізора.

Контактна холестеричних термографія працює за принципом оптичних властивостей рідких кристалів, що проявляються зміною кольору у веселкові кольори при нанесенні їх на випромінюючі поверхні. Холоднішим місцях відповідає синій колір, а гарячим – червоний.

Застосування в промисловості

  • Контроль процесів обміну тепла в вихлопних системах, двигунах і радіаторах автомобіля.
  • Перевірка і проектування гальмівної системи автомобіля.
  • Контроль ультразвукового зварювання.
  • Розробка кліматичної системи автомобіля.
  • Контроль якості монтажних плат в електроніці.
  • Контроль режиму зварювання.
  • Виявлення несоосности валів, підшипників, шестерень.
  • Аналіз напруг металу.
  • Контроль ізоляції і герметичності ємностей для рідин.
  • Визначення властивостей теплоізоляції.
  • Виявлення втрат тепла в приміщеннях.
  • Діагностика конструкцій огорож.
  • Запобігання пожежам.
  • Виявлення витоку газу з газопроводу.
  • Контроль технологічних процесів.
  • Перевірка електроустаткування.
  • Перевірка працездатності теплових трас.
  • Виявлення місць підсмоктування холодного повітря.
  • Контроль теплоізоляції трубопроводів.
  • Перевірка обладнання з наповненням маслом.
  • Перевірка статора генератора.
  • Контроль газо- і димоходів.
Ссылка на основную публикацию