Termokings.ru

Домашний Мастер
2 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Тепловизоры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Тепловизоры. Виды и работа. Устройство и применение. Особенности

Тепловизоры это устройства, с помощью которых можно контролировать распределение температуры измеряемой поверхности. Эта поверхность изображается на экране прибора в виде цветового поля. На этом поле определенный цвет соответствует некоторой температуре. На экране отображается интервал видимой температуры. Стандартное разрешение тепловизоров последних моделей составляет 0,1 градус.

В недорогих устройствах информация сохраняется в памяти прибора и при необходимости считывается через компьютер. Чаще всего такие приборы используют совместно с ноутбуком и специальной программой, принимающей информацию с тепловизора.

Впервые тепловизор появился еще в 30-х годах прошлого века. Современные системы тепловизоров стали развиваться только в 60-х годах. Приемники теплового излучения были с одним элементом. Изображение в приемниках осуществлялось с помощью точечного смещения оптики. Такие приборы имели низкую производительность и давали возможность для наблюдения за изменениями температуры с малым быстродействием.

С развитием технического прогресса появились фотодиодные ячейки, способные хранить сигнал света. Стало возможным проектирования новых тепловизоров на базе матриц датчиков. С этих матриц сигналы поступают на дешифратор, далее на обработку в главный процессор прибора.

В определенной последовательности сигналы проецируются на матрицу с распределением температур с разными обозначенными цветами. Такой принцип дал возможность получить портативные автономные устройства, способные оперативно обрабатывать данные, позволяющие контролировать изменение температуры в реальном времени.

Перспективной разработкой новых тепловизоров стало использование неохлаждаемых болометров. Этот принцип основан на повышенной точности вычисления изменения сопротивления тонких пластин под воздействием излучения тепла всего спектра. Эта технология популярна во многих странах при производстве новых тепловизоров, к которым предъявляются высокие требования безопасности и мобильности. В нашей стране изготовление автономных тепловизоров с неохлаждаемыми болометрами начато в 2007 году.

Классификация

Тепловизоры делятся на несколько видов по различным признакам.

Наблюдательные преобразуют инфракрасные лучи в видимый для глаза свет по специальной цветовой шкале.

Измерительные тепловизоры способны определять температуру исследуемого объекта путем присвоения величине цифрового сигнала пикселей определенную соответствующую температуру. В итоге образуется изображение распределения температур.

Стационарные тепловизоры служат для использования на предприятиях промышленности, где осуществляется контроль над соблюдением технологических процессов в интервале -40 +2000 градусов. Такие устройства оснащаются азотным охлаждением, чтобы создать нормальные условия для работы приемной аппаратуры. Такие системы состоят из тепловизоров 3-го поколения, выполненных на полупроводниковых матрицах фотоприемников.

Переносные устройства тепловидения разработаны на основе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Вследствие чего появилась возможность отказаться от применения громоздкой и дорогой аппаратуры охлаждения. Такие приборы имеют все преимущества стационарных моделей. При этом их можно использовать в труднодоступных местах. Многие переносные тепловизоры можно подключать к компьютеру для обработки информации.

Часто приборы ночного видения путают с тепловизорами. Однако между ними большая разница. Устройство ночного видения может работать при малой освещенности, так как усиливает свет. Часто попавший в объектив свет ослепляет человека. Для тепловизора не нужен свет, так как его принцип действия основан на тепловых инфракрасных лучах.

Работа и конструктивные особенности

Излучение инфракрасного цвета фокусируется оптической системой тепловизора на приемнике, который подает сигнал в форме изменения сопротивления или напряжения.
Электроника регистрирует полученный сигнал от системы тепловидения. В результате сигнал преобразуется в электронную термограмму. Она изображается на дисплее.

Термограммой называется изображение объекта, которое прошло обработку электронной системой для отображения ее на экране с различными цветовыми оттенками, соответствующими распределению инфракрасных лучей по площади объекта. В результате оператор видит термограмму, соответствующую излучению тепла, приходящего от исследуемого объекта.

Чувствительность детектора к излучению тепла зависит от его собственной температуры, и качества охлаждения. Поэтому детектор располагают в специальное охлаждающее устройство. Наиболее популярный вид охлаждения – это жидкий азот. Однако этот метод неудобный и довольно примитивный.

Другим видом охлаждения стали элементы Пельтье. Это полупроводники, способные обеспечить перепад температур при прохождении по ним электрического тока, и действующие по принципу теплового насоса. Чувствительность датчика тепловизора создается с помощью чувствительных полупроводников, выполненных из ртуть-кадмий-теллура, антимонида индия и других материалов.

Части и элементы тепловизора

Стоимость тепловизора довольно высока. Основными его элементами являются объектив и матрица (приемник излучения), которые составляют 90% стоимости всего прибора. Такие матрицы сложны в изготовлении. Объектив невозможно выполнить из стекла, так как стекло не пропускает инфракрасные лучи. Поэтом для объективов используют дорогие редкие материалы (германий). В настоящее время ведутся поиски других недорогих материалов.

Другими составными частями прибора являются:

1 — Крышка объектива
2 — Дисплей
3 — Управление
4 — Ручка с ремнем
5 — Тепловизор
6 — Пуск
7 — Объектив
8* — Электронная система
9* — Память для хранения информации
10* — Программное обеспечение

Объективы

В тепловизоре в обязательном порядке имеется хотя бы один объектив, который способен фокусировать излучение инфракрасных волн на приемнике излучения. Далее приемник подает электрический сигнал и образует тепловое (электронное) отображение, которое называется термограммой.

Чаще всего объективы изготавливают из германия. Чтобы оптимизировать пропускание света объективами, применяют просветляющие тонкопленочные покрытия. В комплект тепловизора обычно входит чехол для хранения и переноски устройства, другого дополнительного оборудования для применения прибора в полевых условиях.

Дисплеи

Отображение картины теплового излучения осуществляется на жидкокристаллическом экране (дисплее). Он должен иметь хорошую яркость и достаточный размер для легкого обзора изображения при различных условиях освещения, в полевых условиях. На экране обычно имеется вспомогательная информация. К ней относится цветовая шкала температур, время, дата, заряд батареи, температура объекта и другая полезная информация.

Схема обработки сигнала и приемник излучения применяются для модификации излучения инфракрасного света в необходимую полезную информацию. Фокусировка теплового излучения объекта осуществляется на специальный приемник. Он изготовлен из полупроводников. Тепловое излучение создает электрический сигнал на приемнике. Далее сигнал поступает на электронную схему, расположенную внутри прибора, после обработки сигнала электроникой, на экране возникает тепловое изображение.

Органы управления

С помощью этих элементов производятся различные настройки электронной системы для оптимизации изображения теплового излучения на дисплее. Такие настройки в электронном виде могут изменить цветовую гамму и слияние изображений, интервал теплового уровня. Также регулируется отраженная фоновая температура и коэффициент излучения.

Хранилище данных

Цифровые электронные данные, которые содержат изображения тепла и вспомогательные данные, могут сохраняться на электронных картах памяти различного типа, либо на устройствах передачи и хранения информации.

Большинство тепловизионных инфракрасных систем способны сохранять вспомогательные текстовые и голосовые данные, а также снимок изображения, которые получены при помощи внутренней встроенной камеры, работающей в спектре видимости человеком.

Создание отчета и программное обеспечение

Программное обеспечение, применяемое с многими современными системами тепловидение, является удобным и функциональным для оператора. Тепловые цифровые и видимые изображения копируются на компьютер или ноутбук. Там эту информацию можно проанализировать с применением разных цветовых палитр, осуществить другие регулировки радиометрических данных.

Также есть возможность применить встроенные опции проведения анализа. Обработанные картинки можно включить в образцы отчетов или отпечатать на принтере. Изображения также можно по интернету отправить заказчику, либо сохранить на компьютере в электронном виде.

Сфера применения тепловизоров

Тепловизоры используются в различных сферах нашей жизни. Так, например эти устройства используются в охране объектов и военной разведке. Ночью человека можно через этот прибор заметить в полной темноте на удалении до 300 метров, а военную технику видно до 3 км.

В настоящее время существуют видеокамеры микроволнового рабочего диапазона с выходом изображения на компьютер. Чувствительность такой камеры несколько сотых долей градуса. Следовательно, если вы взялись за ручку двери ночью, то тепловой отпечаток после этого будет видно около 30 минут.

Большую перспективу имеют тепловизоры в определении дефектов в разных установках. Это имеет место в случае повышения или понижения температуры определенного места механизма, или устройства. Иногда определенные дефекты выявляются только тепловизором. На опорных тяжелых конструкциях (мостах) при усталостном старении металла, возникающих деформациях в некоторых местах выделяется больше тепла, чем положено. Поэтому есть возможность диагностики дефектов без разборки объекта.

В результате можно сказать, что тепловизоры применяются в качестве оперативного контролера безопасности объектов.

Широкое применение тепловизоры нашли в медицине в качестве диагностики патологии различных заболеваний. У здорового пациента температура тела распределена симметрично от средней линии всего тела. Если эта симметрия нарушается, то это является критерием диагностики заболеваний тепловизором.

Термография является современным методом диагностики в медицине. Этот метод основан на обнаружении инфракрасного излучения тела человека в зависимости от его температуры. Интенсивность и распределение излучения тепла в норме определяется своеобразными физиологическими процессами, которые происходят в организме в глубоких и поверхностных органах.

Читать еще:  Как выбрать мотоблок: обзор российского рынка

Разные состояния патологии характеризуются несимметричностью распределения температуры тела. Это находит свое отражение на термографической картине. Такой факт имеет важное прогностическое и диагностическое значение. Об этом свидетельствуют многие клинические исследования.

Существуют два главных вида термографии:
  1. Телетермография.
  2. Контактная холестерическая термография.

Телетермография действует на модифицировании инфракрасных лучей от тела человека в сигнал электрического тока, изображающегося на дисплее тепловизора.

Контактная холестерическая термография работает по принципу оптических свойств жидких кристаллов, проявляющихся изменением цвета в радужные цвета при нанесении их на излучающие поверхности. Более холодным местам соответствует синий цвет, а горячим – красный.

Тепловизоры и другие инфракрасные приборы: в чем разница?

Тепловизор – это устройство, которое способно получить изображение в инфракрасном диапазоне, причем в так называемом дальнем инфракрасном диапазоне с длиной волн от 7,5 до 14 мкм. Это принципиальная разница тепловизоров и других инфракрасных приборов, таких как приборы ночного видения. Дело в том, что инфракрасный диапазон волн электромагнитного спектра имеет более высокую длину, чем диапазон, видимый человеческому глазу.

Особенностью инфракрасного диапазона является то, что в воздухе инфракрасные волны распространяются неравномерно: волны с одной длиной поглощаются, другие же могут не поглощаться вовсе. Те участки инфракрасного диапазона, где волны не поглощаются атмосферой, называются окнами прозрачности атмосферы. В этих диапазонах и работают инфракрасные приборы, в основном их подразделяют на два типа:

  • дальний инфракрасный диапазон от 8 до 14 мкм;
  • ближний инфракрасный диапазон 3–5 мкм, он расположен ближе к видимому спектру.

В ближнем инфракрасном диапазоне распространяется в основном отраженное излучение, причем солнце, звезды и другие источники электромагнитного излучения светятся не только в видимом диапазоне, но и в инфракрасном, иногда даже более ярко. Поэтому приборы ночного видения позволяют фиксировать изображение ночью так же хорошо, как днем. Однако приборы, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне, не являются тепловизионными. Как уже говорилось выше, они фиксируют лишь отраженные инфракрасные волны, поэтому могут подвергаться засветке при интенсивном отраженном излучении или не показывать ничего при полной темноте, когда нет ни одного источника излучения данного диапазона.

С тепловизорами дело обстоит иначе. Как мы все знаем еще со школьной скамьи, тепло – это форма энергии, которая может накапливаться, передаваться и излучаться. Таким образом, любое нагретое тело обладает электромагнитным излучением, называемым тепловым. Диапазон этих волн наиболее близок именно к дальнему инфракрасному диапазону, причем распределение энергии излучения тела по спектру зависит от температуры. При повышении температуры спектральная область излучения смещается в фиолетовую сторону, а при 100 °С тело начинает раскаляться, и появляется излучение, которое становится видимым даже человеческому глазу.

В связи с этим тепловизионные приборы преобразуют тепловое излучение от объектов и местности в видимое изображение и способны давать результат даже в полной темноте. Регистрируемое тепловое излучение является двухмерным, поэтому на дисплее тепловизора изображение визуализируется как черно-белое или «псевдоцветное», где тот или иной цвет будет соответствовать той или иной фиксируемой температуре объекта.

Особенности применения тепловизора для измерения температуры тела человека

Тепловизионные системы начали применяться в шестидесятых годах двадцатого века. Это позволило углубить познания учёных о различных видах тепловых процессов. В частности, о процессах, возникающих в человеческом теле. Результаты исследований с использованием тепловизоров для замера температуры тела нашли широкое применение в медицине. На их основе был создан новый метод диагностики – инфракрасная термография (ИКТ).

В наше время с помощью этого метода диагностируют онкологические, сосудистые заболевания, диабет. Медицинские тепловизоры используют в травматологии и в целом ряде других направлений медицины.

Сегодня, когда проблема распространения вирусных заболеваний на планете стоит наиболее остро, возможность бесконтактного измерения температуры с помощью теплотелевизионных регистраторов становится очень востребованной.

Очевидно, что измерение температуры тела в местах с большой проходимостью обычными методами (термометры, ручные пирометры) не представляется возможным из-за большого потока людей и низкой скорости измерения.

С помощью эпидемиологических тепловизоров появляется возможность проводить мониторинг распространения вирусных инфекций в общественных местах, своевременно выявляя людей с повышенной температурой тела в торговых и бизнес центрах, на территории крупных учреждений и предприятий, в учебных заведениях, аэропортах, на вокзалах, стадионах, в метро и другом общественном транспорте.

Для успешного решения этих задач целесообразно использовать переносной или стационарный теплотелевизионный регистратор, представляющий собой специализированный комплекс, состоящий из нескольких элементов.

Для эффективного применения тепловизор для эпидемконтроля должен обладать определёнными характеристиками:

  • Высокая точность измерения: до ±0.3 °С;
  • Минимальная разрешающая способность: от 384х288 точек;
  • Правильно подобранная оптическая система, обладающая широким углом обзора;
  • Применение системы детектирования лиц;
  • Простота использования ПО для оператора;
  • Небольшие габариты прибора;

Эти характеристики обусловлены факторами, влияющими на практическое применение теплотелевизионного регистратора для замера температуры тела человека. Ниже мы расскажем о том, почему именно такие характеристики критически важны.

Точность измерения

Для обеспечения эффективного выявления потенциального носителя вирусной инфекции, у которого уже началось проявление симптоматики заболевания, выражающееся в повышении температуры, тепловизоры для замера температуры тела должны обладать точностью ±0.3 °С.

Такая точность необходима, так как разница между температурой 36.8 °С и температурой 37.2 °С — является критически важной при определении потенциально больного человека и основывается на общепринятых медицинских стандартах.

Практическое обеспечение таких высоких параметров точности измерений подразумевает применение устройства, генерирующего в инфракрасном спектре излучение, являющееся эквивалентом постоянной температуры.

Сверяясь с этим излучением, измерительный алгоритм эпидемиологического тепловизора сможет осуществлять самокалибровку в автоматическом режиме.

Это устройство называется модель абсолютно черного тела (АЧТ).

Оно также применяется для поверки и калибровки любых высокоточных средств дистанционного (бесконтактного) измерения температуры, в том числе тепловизионных и пирометрических.

Для достижения стабильной точности измерения температуры во времени необходимо помещать АЧТ в поле зрения медицинского тепловизора, соблюдая периодичность в 1-1.5 часа работы тепловизионного комплекса. Либо АЧТ должен находиться в поле зрения тепловизора постоянно.

Поскольку без своевременной калибровки точность измерения прибора для измерения температуры тела существенно снижается из-за высокой контрастности изображения (т. к. появление в поле зрения прибора объектов с температурой намного выше/ниже средне-измеряемой неизбежно), теплотелевизионные регистраторы, работающие без элемента АЧТ, не в состоянии поддерживать требуемую точность измерения температуры тела человека.

Поле зрения и разрешающая способность

Очень важно достижение баланса между приемлемым качеством изображения и оптимальным захватом области измерения.

Для этого необходимо осуществить тщательный подбор параметров оптической системы объектива прибора. Они должны соответствовать выбранному разрешению инфракрасного детектора.

Для большинства зон измерения (10 м² ­- 20 м²) рекомендуется выбирать разрешение не ниже 384х288 точек, поскольку при меньшем разрешении добиться качественного изображения эпидемиологического тепловизора будет невозможно даже при высоких характеристиках оптической части системы.

К тому же применение матриц с низкой разрешающей способностью негативно скажется и на точности измерений температуры.

Система распознавания лиц и программное обеспечение

Не менее важным фактором практического применения теплотелевизионного комплекса является точка измерения температуры.

Область лба — оптимальный выбор при бесконтактном измерении температуры тела человека, поскольку эта область чаще других доступна для измерения.

Для того, чтобы стационарный теплотелевизионный регистратор в автоматическом режиме выделял только людей и измерял тепловое излучение, исходящее от них именно в требуемой области, игнорируя другие излучающие объекты в поле зрения, необходимо использовать алгоритм поиска и детектирования лиц, имеющийся в функционале прилагаемого ПО.

Применение тепловизионного комплекса в автоматическом режиме существенно снижает трудозатраты оператора и облегчает его обучение.

В этом режиме можно активировать функцию тревожного сигнала, подаваемого оператору при получении замеров температуры, превышающей заданные параметры, это снимает необходимость постоянного контроля монитора.

Ещё двумя факторами практического применения такого прибора в условиях мест с большой проходимостью является возможность одновременного замера температуры у большого количества людей, а также эффективная работа прибора как на коротких (около 3 м), так и на больших (6 м и более) дистанциях.

Корпус

Небольшие размеры и вес прибора важны для удобства его практического применения.

Поскольку прибор сложный и дорогостоящий, для длительной и надежной работы его корпус должен быть защищён по стандарту IP65 для защиты от влаги и пыли.

Для использования тепловизионного комплекса в качестве переносного прибора должен быть предусмотрен штатив, а для стационарного размещения понадобятся кронштейны.

Вывод

Комплекс должен состоять из следующих компонентов: видеокамера Full HD, тепловизор для измерения температуры тела человека, блок питания (всё это в едином компактном защищённом корпусе), АЧТ, специальное ПО совместимое с Windows, штативы, кронштейны.

Читать еще:  Токарные резцы по металлу: разновидности и назначение

Для обеспечения достаточных показателей точности, разрешающей способности и поля зрения при применении промышленных систем тепловидения и тепловизоров для эпидемконтроля существует необходимость использования камеры с минимальной разрешающей способностью от 384х288 точек, чувствительной матрицы тепловизора (≤50 мК при 300 K с объективом c F#1.0) и устройства АЧТ.

А для решения задачи эффективного дистанционного бесконтактного измерения температуры тела человека в условиях работы в местах с большой проходимостью необходимо использование специального программного обеспечения, включающего в себя систему детектирования лиц в автоматическом режиме и возможность подачи тревожного сигнала.

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315

Тепловизионная система ISMTB-ZS-315, разработанная компанией «Лазерные компоненты», полностью соответствует характеристикам, требуемым для решения вышеназванных задач.

В состав системы входит:

  • Тепловизор с чувствительной матрицей (384х288/17мкм чувствительность до 0.05 °С, точность до ±3 °С);
  • Full-HD камера (частота кадров 50 Гц, с одинаковыми полями зрения, что существенно улучшает качество изображения по сравнению с конкурентами);
  • Блок питания 12 В, 5 Вт (в едином компактном корпусе с камерой и тепловизором);
  • Степень защиты корпуса IP65 (оборудование защищено от пыли, а вода, текущая потоком с любой стороны, не причинит вреда прибору);
  • АЧТ (благодаря чему достигается стабильная точность измерений);
  • Штатив и кронштейны для стационарного крепления прибора на конструкции круглого и квадратного сечения.

Эта тепловизионная система была специально спроектирована для осуществления мониторинга распространения вирусных инфекций путем выявления людей с повышенной температурой тела в общественных местах.

Система ISMTB-ZS-315 комплектуется специализированным ПО, обеспечивающим поддержку стандартных протоколов ONVIF, что позволяет подключать прибор непосредственно к любому ПК или ноутбуку.

При этом подключение к управляющей программе и настройка камеры происходит автоматически.

Подключение осуществляется через интерфейс самонастраивающегося порта Ethrnet RJ45 (обычный сетевой штекер витой пары локальной сети) и может быть выполнено любым неквалифицированным техником после простого инструктажа.

В функционале ПО заложена возможность умного обнаружения и определения лиц (для корректного замера температуры строго в определённой области), отслеживание объекта с повышенной температурой тела.

Также имеется возможность контролировать три пороговых значения допустимой температуры одновременно (например: нормальная температура, повышенная и промежуточная – выше нормы, но ещё не достигает значений высокой).

Можно проводить мониторинг в режиме реального времени самостоятельно или задействовать функцию тревожного сигнала, подаваемого оператору при получении замеров температуры, превышающей заданные допустимые параметры.

Такая функция уменьшает трудозатраты оператора, облегчает настройку и мониторинг, даёт возможность контролировать большее количество работающих комплексов одновременно.

Есть опция сопряжения тревожного сигнала с блокировкой турникета и/или подачей сигнала на внешнюю сигнализацию.

Прибор способен проводить бесконтактное измерение температуры тела больших потоков людей, отслеживая в режиме 24/7 одновременно до 30 объектов (без перекрытия) и на расстоянии от 3 м до 6 м со стандартным объективом либо на большей дистанции (опционально).

Если функция тепловизора временно не нужна, прибор может использоваться как обычная камера наблюдения в стандартном и ночном режимах.

Предусмотрена возможность автоматической записи (фото/видео) и обработки журнала событий.

Компактные размеры и небольшой вес теплотелевизионного комплекса позволяют использовать его как в стационарном режиме, так и в качестве переносного прибора.

Основные характеристики для наглядности приведены в таблице ниже:

+30 °С (точность выше при работе при +16 °С

Наиболее важные конкурентные преимущества Тепловизионной системы ISMTB-ZS-315:

  • Тепловизор 384х288/17мкм и Full-HD камера с разрешением 1920х1080 с одинаковыми полями зрения, что существенно улучшает качество изображения по сравнению с конкурентами с разрешением тепловизора 160x
  • Чувствительность тепловизора: менее 50 мК при 300 К с объективом с F#1.0.
  • Точность измерения температуры ±3°С, достигаемая за счёт использования МАЧТ в поле зрения тепловизора.
  • Дистанция работы 3-6 м (со стандартным объективом), так же присутствует возможность выбора объектива тепловизора (6.6мм; 10мм; 19мм; 25мм), для достижения наилучших показателей точности измерения и поля зрения.
  • Измерение температуры до тридцати объектов в поле зрения одновременно.
  • Умное обнаружение и определение лиц, отслеживание объекта с повышенной температурой тела.
  • Интегрированный модуль оповещения о повышении температуры.
  • Три пороговых значения допустимой температуры одновременно.
  • Поддержка стандартных протоколов ONVIF.
  • Интерфейс видеовыхода и управления — самонастраивающийся порт Ethrnet (RJ45), для легкого подключения и администрирования.
  • Малые габаритные размеры.

Модели пирометров

Учитывая, что принцип работы тепловизора един для всех видов оборудования, конструктивное исполнение аппаратуры может быть различным, в зависимости от поставленных задач и мощности оборудования. Помимо стационарных приборов, широкое распространение получают мобильные тепловизоры. Они характеризуются компактными размерами и простотой транспортировки.

Все приборы обладают памятью для хранения зафиксированных данных. Эту информацию можно перенести на персональный компьютер с целью последующей обработки. Возможности пирометров позволяют хранить данные в виде фото- и видеофайлов.

Диапазон измеряемых температур

Третьим основным критерием выбора тепловизора является диапазон измерений температур. Вы должны четко представлять, какие именно степени нагрева могут быть у элементов вашего оборудования в рабочем и критическом режимах. Например, если Вы занимаетесь обслуживанием парка электродвигателей, то, наверное, тепловизор с диапазоном измеряемых температур -40…+500°С отлично справится с заданной задачей. Однако он будет стоить гораздо дороже тепловизора с диапазоном измеряемых температур 0…200°С, который охватывает весь диапазон возможных рабочих температур электродвигателя.

Таким образом, диапазон измеряемых температур четко ограничивает область применения тепловизоров, превращая тепловизор из универсального прибора при работе в диапазоне измерений в бесполезный инструмент при работе вне этого диапазона. Например, тепловизор с диапазоном измерения 0…100°С имеет весьма ограниченное применение. Им невозможно измерять плохую термоизоляцию и места утечек холода в холодильных камерах (температура ниже 0°С), а также места перегрева трансформаторов, выключателей или электродвигателей для которых критической является температура гораздо выше 100°С.

Минимальный диапазон измерения температуры в тепловизорах testo составляет от —20 до +280°С, что делает данные приборы универсальными измерителями практически для всех областей применения. Уже упомянутый ранее прибор testo 881 оснащен возможностью измерения температур до 550°С, что незаменимо при диагностике и анализе высокотемпературных процессов.

Выбор значения сигнализации по температуре

Это один из важнейших инструментов правильной настройки тепловизора. Логика подсказывает, что требуется установить значение 37 градусов, однако иногда пороговое значение придется устанавливать в пределах +-1 или 2 градуса . На значение температуры открытых участков кожи влияет множество параметров:

  • Если измерение проводится при входе в здание, температура открытых участков кожи может быть ниже из-за погодных условий, сильный ветер, снег и дождь уменьшают температуру кожи на некоторое время, тепловое излучение солнца или инфракрасного обогревателя — увеличивают.
  • Очки и головные уборы. Очки являются НЕПРОЗРАЧНЫМИ в инфракрасном диапазоне, но очень хорошо отражают тепло. Поэтому при измерении температуры нужно попросить снять очки. Головной убор так же может вносить искажения в измеренное значение, но из-за большого количества нюансов мы не будем их рассматривать, головной убор тоже необходимо снять.

Как просто выбрать правильное значение сигнализации — провести первое измерение на заведомо здоровом человеке, выбрав значение цветовой сигнализации таким образом, чтобы при превышении этого порога появлялась цветовая сигнализация.

Какой выбрать тепловизор для охоты – все, что вы хотели знать

7 основных технических терминов

Данные термины чаще всего фигурируют в характеристиках тепловизоров. Ниже представлена краткая информация и рекомендации.

Сенсор – самый важный элемент. Представляет собой микроболометрическую матрицу из малейших частиц – абсорберов. Абсорберы имеют свойство поглощать электромагнитные волны излучения. Чем больше поглощение, тем больше сопротивление и нагрев болометра, что в свою очередь переводится в цифровой сигнал.

Для выбора тепловизора для охоты важно – разрешение сенсора.

Основные разрешения — 384х288 и 640х480 элементов. Чем больше разрешение, тем более детализированным будет изображение. Стоит отметить, чем выше значение разрешения, тем меньше будет оптическое увеличение. Дистанция наблюдения от данной характеристики не зависит.

Для охоты достаточно разрешения – 384х288 элементов.

Шаг пикселей – размер пикселя матрицы. Характеристика не однозначна, так как сильно связана с площадью самого сенсора. По сути, уменьшение шага позволяет уменьшить количество шумов, но это значение лучше связывать в совокупности с относительным отверстием объектива, так как это приводит к правильным показателям.

Основные размеры шага пикселя – 12,17 и 25 мкм.

Германий – материал изготовления линз объективов. Объективы тепловизионных приборов отличаются от привычных для нас прозрачных линз (в основе лежит тепловое излучение, а не свет).

Частота обновления — сколько раз в секунду происходит обновление кадра на дисплее тепловизора.

Распространенные варианты – 25 и 50 Гц.

Для наблюдения достаточно 25 Гц, для записи видео предпочтительно 50 Гц. Чем выше значение частоты, тем быстрее изображение появляется на дисплее, а значит меньше вероятности «торможения» или образования «шлейфа» при перемещении объекта.

Читать еще:  4 способа сверления круглых отверстий в древесине

Температурная чувствительность NETD – характеристика наличия шумов, отвечающая за точность получаемой информации от сеносра. NETD определяется многократным считыванием информации с одного абсорбера, рассматривая один теплый объект. Данные усредняются и сравниваются с показателями других. Получается, чем меньше значение температурной чувствительность, тем качественнее сенсор. Измеряется в микро Кельвинах (mK).

Тепловизоры для охоты чаще всего имеют значение NETD менее 70 mK или менее 50 mK (в профессиональных версиях). Для охоты достаточно первого варианта. Параметр не влияет сильно на выбор.

Спектральный диапазон чувствительности – рабочий диапазон инфракрасного излучения. Все современные приборы имеют стандартный диапазон от 8 до 14 мкм.

Зачем нужна калибровка?

Калибровка сенсора – необходимая вещь для каждого тепловизора. При наблюдении неизбежно возникают шумы от инфракрасного излучения, сенсора и электроники из-за погрешностей. Процесс калибровки позволяет «чистить» лишнее и выставлять однородность при попадании в поле зрения слишком теплых объектов. То есть для прибора – это сброс показателей для улучшения работы.

Наличие шумов можно объяснить нагляднее. Попробуйте закрыть глаза и плотно прикрыть ладонями веки для создания абсолютной темноты. При этом насыщенного черного цвета не будет. Визуально перед глазами возникают некие вспышки, мерцания. Если до закрытия глаз смотреть на яркий объект, то он будет отображаться светлым пятном. Так же происходит и в тепловизоре.

Существуют различные режимы калибровки, например, автоматические или ручные. При данном процессе происходит кратковременное закрытие сенсора. Некоторые модели обладают режимом «без шторки», в таком случае калибровка происходит бесшумно. Самым простым методом произвести калибровку – ненадолго прикрыть крышку прибора. В настоящий момент самым удобным способом для охотника является электронная калибровка, потому что не требует участия пользователя, не отвлекает от прицеливания.


На фото виден момент закрытия «шторки»

Различие тепловизоров от приборов на базе ЭОП

Приборы ночного видения и тепловизоры работают с инфракрасными волнами. Разница заключается в использовании свойств ИК-излучения. Для тепловизоров свойственно работать с волнами от 8 до 14 мкм, а ПНВ – с видимым спектром и ИК до 1 мкм. Для работы ПНВ требуется световой поток, а для тепловизора нет. Из-за этого различны алгоритмы обработки и материалы изготовления линз объективов. К существенным превосходствам тепловизоров относиться возможность видеть и днем и ночью без «засветки», свойственной ПНВ, в тумане, дыме и в дождь. Стоит заметить, что тепловизоры из-за электронных компонентов больше потребляют электроэнергию.

Из-за черно-белой картинки тепловизионные приборы часто сравнивают с цифровыми «ночниками». Изображение имеет цифровой формат, поэтому функционал у приборов действительно похож, например, наличие своеобразных прицельных сеток, возможность работы с дальномером, баллистические калькуляторы и прочее. Цифровые прицелы, как и тепловизоры, могут работать в любое время суток. Но все же для их работы требуется свет, когда его недостаточно или совсем нет, используются ИК-подсветки, для тепловизоров этого не требуется из-за специфики использования.

Еще один немаловажный фактор – это ударная стойкость тепловизоров к крупным калибрам. В приборах ночного видения установлены линзы с гравированной сеткой на пружинном механизме, который имеет обратно-поступательное движение. В тепловизионных прицелах все выводится на дисплей, который прочно закреплен в корпусе. Это полностью исключает из устройства подвижные элементы, что приводит к повышенной ударной стойкости.

Дистанции просмотра тепловизором существенно выше приборов ПНВ. Даже с помощью бюджетных моделей можно идентифицировать животное на дистанциях 300 метров, что свойственно «ночникам» 3-го поколения. Стоит заметить, что в таком примере стоимость приборов относительно одинакова.

Суть этих устройств, если говорить в общем, такая же, как и у видеокамер, то есть прибор обрабатывает излучение и преобразует его в электросигнал для дальнейшей обработки процессором. Однако тепловизор и видеокамера работают с разными диапазонами электромагнитного спектра. Видеокамера принимает и обрабатывает свет, то есть видимую часть спектра, а тепловизор – тепловое (инфракрасное), то есть невидимое излучение объекта. Главная особенность тепловизора – он может работать в абсолютной темноте, то есть свет ему совсем не нужен.

ИК диапазон делится на поддиапазоны: дальний, длинный, средний, короткий и ближний. Между температурой объекта и длиной волны есть связь: чем температур выше, тем длина волны меньше. Для целей наблюдения интересны 2 поддиапазона – длинный и средний. Причём, длинный диапазон предпочтительней именно в охранных целях, так как диапазон 8-12 мкм соответствует тепловому излучению человека и других объектов (-50…+50°C)

Между тепловизорами и ИК подсветкой на видеокамерах есть большая разница. ИК подсветка работает в ближнем ИК диапазоне, тепловизор – в дальнем и среднем. Видеокамера работает с излучением, направленным ИК прожектором, отражающимся от объектов. Тепловизор же работает не с отраженным, а с собственным тепловым излучением объекта, поэтому дальность действия тепловизора гораздо выше.

Температурная чувствительность тепловизора

Температурная чувствительность тепловизора (NETD) – шаг отличия фиксируемой температуры объекта от общей фоновой температуры. Единица измерения – микрокельвин. Так как шкалы Кельвина и Цельсия отличаются лишь разной точной отсчета, а 1 Кельвин равен градусу Цельсия, то при NETD=50мК тепловизор зафиксирует отличие температуры объекта от общего фона на 0,05 градусов.

При проектировании систем наблюдения сама по себе чувствительность не так важна, поскольку разница в 0,05 градусов не является задачей детектора, из-за малых размеров. Важнее связка изменений контраста и движения объекта.

Тепловизоры калиброванные и некалиброванные

Есть тепловизоры, которые не только фиксируют отличие температур объекта и фона, но и определяют точную температуру объектов. Чтобы такое измерение было возможно, матрицы калибруются в соответствии с температурным эталоном, после чего они могут показывать температуру в любой точке.

Калиброванные устройства также способны подавать тревожные сигналы если температура объекта вышла за заданные параметры (произошел перегрев или переохлаждение). Эти приборы будут полезны на промышленных объектах, где нужен постоянный контроль за температурой оборудования. В охранных системах калиброванные тепловизоры широкого применения не нашли.

Тепловизионные объективы

Внешне тепловизоры и видеокамеры практически не отличаются. Единственное отличие, которое можно заметить – разные объективы. В обычных камерах они пластиковые или стеклянные. Но эти материалы не пропускают тепловое излучение, поэтому в тепловизорах, работающих в диапазоне 8-12 мм, используют германий, материал прозрачный для этого диапазона. Германий не пропускает видимый свет и именно по внешности объектива можно отличить тепловизор от видеокамеры.

Использование тепловизора в системах видеонаблюдения

  • Обнаружение объектов при полном отсутствии освещения. Возможна только если температура объекта отличается от температуры окружающей среды
  • Контроль за пространством большой площади. Тепловизор может обнаружить объекты на расстоянии до нескольких километров, что дает возможность обнаружения целей на обширных пространствах.
  • Наблюдение в сложных погодных условиях. Тепловизор работает при снеге, тумане и дожде.

Когда тепловизор не поможет

  • Тепловизор позволяет обнаружить объект, но не поможет его идентифицировать
  • Днем объект может не проявиться, так как его температура будет очень близкой к фоновой.
  • Объект может быть не замечен на больших (более 100 м) расстояниях, если он укрыт за непроницаемой преградой или её температура равна температуре фона.

Как выбрать тепловизионную камеру?

Решите, что вам нужно: только обнаружить цель или распознать ее? Если нужно и то и другое, можно выбрать DS-2TD6236-75C2L/V2 или тепловизионные камеры hikvision других моделей, которые объединяют оптическое и тепловое наблюдение. Вообще, когда выбор делается в пользу совместного использования тепловизоров и оптических камер, это дает наилучший результат. Тепловизионные камеры обнаруживают объекты на дальнем расстоянии, а обычные позволяют распознавать объект вблизи и сделать вывод об его опасности.

DS-2TD6236-75C2L/V2

IP поворотная платформа с тепловизионным модулем и ИК-подсветкой до 500м

Тепловизионная камера видеонаблюдения может стать незаменимым помощником в охране больших открытых пространств в условиях, когда нет освещения. Владея информацией о преимуществах и ограничениях тепловизионной техники, можно принять правильное решение по их использованию как самостоятельно, так и вместе с оптическими камерами.

Пьезоэлектрические датчики температуры

Все датчики этого типа работают при помощи кварцевого пьезорезонатора. Вся суть работы – прямой пьезоэффект, то есть изменение линейных размеров пьезоэлемента под воздействием электрического тока. При попеременной подаче разнофазного тока с определенной частотой, пьезорезонатор колеблется, при этом частота его колебаний зависит от температуры. Зная эту зависимость, можно легко преобразовать данные о частоте колебаний резонатора в температуру.

Ещё одно видео о разновидностях термодатчиков:

Благодаря широкому диапазону измерений и высокой точности, такие датчики применяют в основном при проведении исследований и опытов, где нужна высокая надежность и долговечность.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector
×
×