Принцип действия тепловизора - VISTAGRUP.RU

Принцип действия тепловизора

Принцип действия тепловизора

Любой объект излучает электромагнитные волны в очень широком диапазоне частот, в том числе и волны в инфракрасном спектре, так называемое «тепловое излучение». При этом интенсивность теплового излучения напрямую зависит от температуры объекта, и лишь в очень малой степени зависит от условий освещенности в видимом диапазоне. Таким образом, при помощи тепловизионного прибора о любом наблюдаемом объекте может быть собрана и визуализирована дополнительная информация, недоступная человеческому глазу и приборам, Тепловизор – устройство, позволяющее визуализировать картину теплового излучения наблюдаемого объекта. Это открывает ряд уникальных возможностей для разных сфер деятельности: точных измерений, контроля технологических процессов, и конечно – обеспечения безопасности.

Принцип действия современных тепловизоров основан на способности некоторых материалов фиксировать излучение в инфракрасном диапазоне. Посредством оптического прибора, в состав которого входят линзы, изготовленные с применением редких материалов, прозрачных для инфракрасного излучения (таких как германий), тепловое излучение объектов проецируется на матрицу датчиков, чувствительных к инфракрасному излучению. Далее сложные микросхемы считывают информацию с этих датчиков, и генерируют видеосигнал, где разной температуре наблюдаемого объекта соответствует разный цвет изображения. Шкала соответствия цвета точки на изображении к абсолютной температуре наблюдаемого объекта может быть выведена поверх кадра. Также возможно указание температур наиболее горячей и наиболее холодной точки на изображении. В зависимости от модели тепловизоры различаются по величине шага измеряемой температуры. Современные технологии позволяют различать температуру объектов с точностью до 0,05-0,1 К.

Многие тепловизионные приборы также оснащены устройствами памяти для записи полученного видеоизображения картины теплового излучения, производительными микропроцессорами, позволяющими осуществлять в режиме реального времени минимальную аналитику полученного в результате сканирования изображения инфракрасного излучения. Довольно часто используется конфигурация совместного использования тепловизора и видеокамеры, что позволяет в общем случае получить изображение объекта в «расширенном» диапазоне объединенных инфракрасного и видимого спектров, а в неблагоприятных условиях (например — отсутствие освещения объекта) наблюдать объект хотя бы в одном из диапазонов. ИК или видимый диапазон могут как накладываться друг на друга, так и транслироваться отдельно. Специальное программное обеспечение позволяет настроить работу тепловизионного комплекса, максимально эффективно скоординировав работу всех входящих в него устройств.

Точность изображения и другие характеристики тепловизора обычно определяются сферой его использования. В научных лабораториях используются более сложные конструкции, имеющие за счет узкой специализации наименьший шаг измеряемой температуры. Для обеспечения безопасности на различных объектах используются модели, фиксирующие тепловое излучение с чуть меньшей точностью, однако работающие на более широком диапазоне частот и с более чем достаточной для эффективного выполнения своих функций точностью. В любом случае, принцип действия тепловизора – измерение и визуализация теплового излучения – востребован во всех сферах жизни современного общества.

Технические характеристики тепловизора

Основными техническими характеристиками тепловизора, на которые обращают внимание специалисты, являются такие параметры, как тип матрицы, фокусное расстояние, чувствительность матрицы, углы обзора и температурный диапазон работы. Конечно, это только основные параметры, существуют и другие.

Так как для каждой модели, исходя из ее назначения, характеристики являются индивидуальными, то подробнее о них вы можете узнать в нашем каталоге.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВИЗОРА

В инженерной практике существует понятия объекта и фона. Объектом обычно выступают предметы, которые необходимо обнаружить и рассмотреть (человек, автотранспорт, животное и т.п.), фоном является все остальное, не занятое объектом наблюдения, пространство в поле зрения прибора (лес, трава, здания и т.п.)

Действие всех тепловизионных систем основано на фиксировании температурной разницы пары «объект/фон» и на преобразовании полученной информации в изображение, видимое глазом. Вследствие того, что все тела вокруг нагреты неравномерно, складывается некая картина распределения ИК-излучения. И чем больше разница интенсивности инфракрасного излучения тел объекта и фона, тем более различимым, то есть контрастным, будет изображение, получаемое тепловизионной камерой. Современные тепловизионные приборы способны обнаруживать температурный контраст 0.015…0.07 градусов.

В то время как подавляющая часть приборов ночного видения, работающих на основе электронно-оптических преобразователей (ЭОП) или матриц КМОП/ПЗС, улавливают инфракрасное излучение с длиной волны в диапазоне 0,78…1 мкм, что лишь немногим выше чувствительности человеческого глаза, основным рабочим диапазоном тепловизионной аппаратуры являются 3…5,5 мкм (средневолновой ИК-диапазон, или MWIR) и 8…14 мкм (длинноволновой ИК-диапазон, или LWIR). Именно здесь приземные слои атмосферы прозрачны для ИК-излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от -50 до +50ºС максимальна.

Спектральный диапазон и окна прозрачности атмосферы

Тепловизор — электронный наблюдательный прибор, строящий изображение разности температур в наблюдаемой области пространства. Основой любого тепловизора является болометрическая матрица (сенсор), каждый элемент (пиксель) которой с высокой точностью замеряет температуру.Тепловизор — электронный наблюдательный прибор, строящий изображение разности температур в наблюдаемой области пространства. Основой любого тепловизора является болометрическая матрица (сенсор), каждый элемент (пиксель) которой с высокой точностью замеряет температуру.

Достоинство тепловизоров в том, что им не требуются внешние источники освещения – сенсор тепловизора чувствителен к собственному излучению объектов. Вследствие этого тепловизоры одинаково хорошо работают днем и ночью, в том числе в абсолютной темноте. Как отмечалось выше, плохие погодные условия (туман, дождь) не создают непреодолимых помех тепловизионному прибору, в то же время делая обычные ночные приборы совершенно бесполезными.

Упрощенно, принцип работы всех тепловизоров описывается следующим алгоритмом:• Объектив тепловизора формирует на сенсоре температурную карту (или карту разности мощности излучения) всей наблюдаемой в поле зрения области• Микропроцессор и другие электронные компоненты конструкции считывают данные с матрицы, обрабатывает их и формируют на дисплее прибора изображение, являющееся визуальной интерпретацией этих данных, которое напрямую или через окуляр рассматривает наблюдатель.

В отличие от приборов ночного видения на базе электронно-оптических преобразователей (назовем их аналоговыми), тепловизоры, как и цифровые приборы ночного видения, позволяют реализовать большое количество пользовательских настроек и функций. Например, регулировка яркости, контраста изображения, изменение цвета изображения, ввод в поле зрения различной информации (текущее время, индикация разряда батарей, пиктограммы активированных режимов и т.п.), дополнительное цифровое увеличение, функция «картинка в картинке» (позволяет в отдельном небольшом «окне» выводить в поле зрения дополнительное изображение объекта целиком или какой-то его части, в том числе увеличенное), временное отключение дисплея (для энергосбережения и маскировки наблюдателя за счет исключения свечения работающего дисплея).

Для фиксации изображения наблюдаемых объектов в тепловизоры могут быть интегрированы видеорекордеры. Можно реализовать такие функции как беспроводная (радиоканал, WI-FI) передача информации (фото, видео) на внешние приемники или удаленное управление прибором (например, с мобильных устройств), интеграция с лазерными дальномерами (с вводом информации от дальномеров в поле зрения прибора), GPS-датчиками (возможность фиксации координат объекта наблюдения) и т.д.

Тепловизионные прицелы по отношению к «аналоговым» ночным прицелам для охоты также имеют ряд отличительных черт. Прицельная метка в них обычно «цифровая», т.е. изображение метки во время обработки видеосигнала накладывается поверх изображения, наблюдаемого на дисплее, и перемещается электронным образом, что позволяет исключить из состава прицела механические узлы ввода поправок, входящие в состав ночных аналоговых или дневных оптических прицелов и требующие высокой точности изготовления деталей и сборки этих узлов. Дополнительно это исключает такой эффект как параллакс, т.к. изображение объекта наблюдения и изображение прицельной сетки находятся в одной плоскости – плоскости дисплея. В цифровых и тепловизионных прицелах может быть реализовано хранение в памяти большого количества прицельных сеток, имеющих различную конфигурацию и цвет, удобная и быстрая пристрелка с помощью функций «пристрелка одним выстрелом» или «пристрелка в режиме Freeze», функция автоматического ввода поправок при изменении дистанции стрельбы, запоминание координат пристрелки для нескольких оружий, индикация наклона (завала) прицела и многое другое.

Читайте также  Что является определением понятия заземлитель?

Тепловизионные прицелы и приборы: как это работает

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 от 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. 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.

Устройство и принцип действия тепловизора

Техническое устройство и принцип действия тепловизора очень похожи на устройство обычного фотоаппарата. Инфракрасное излучение от нагретых предметов проходит через фокусирующую оптику и фиксируется инфракрасным сенсором (матрицей), далее полученное изображение поступает в цифровой электронный блок, где оно обрабатывается и выводится на экран дисплея.

Электромагнитные волны инфракрасного диапазона распространяются в соответствии с законами оптики, поэтому фокусирующая система тепловизора собирает эти волны и фокусирует их на инфракрасный сенсор, так же как и обычная оптическая линза. Фокусирующая оптика имеет важную характеристику – угол обзора. Чем больше этот угол, тем большая часть наблюдаемой сцены попадает на экран дисплея, но вместе с тем снижается детализация изображения.

Инфракрасный сенсор или чип по своему устройству напоминает матрицу фотоаппарата, поскольку характеризуется разрешающей способностью, которая указывается в количестве пикселей. Чем выше разрешение, тем более детализированное изображение получается. Разрешающая способность подобных датчиков ниже, чем у оптических, примерно 160х120 или 320х240 пкс. У наиболее современных моделей разрешение может составлять до 1024х768 пкс.

Очень важной характеристикой инфракрасного сенсора является динамический диапазон. Это диапазон температур, в пределах которого все объекты с такими температурами будут отображаться на дисплее.

Цифровой электронный блок обрабатывает полученное от инфракрасного сенсора изображение, убирает помехи и шумы, например вызванные собственным излучением воздуха, накладывает на изображение полезную информацию и различные данные, а также может выполнять ряд дополнительных функций (фото-, и видеозахват, выделение особо нагретых областей и т.д.)

Дисплей тепловизора тоже имеет ряд важных характеристик: диагональ, яркость и разрешение. Разрешение дисплея может не совпадать с разрешением инфракрасного сенсора, тогда итоговое изображение будет искажено. Например, если разрешение дисплея будет ниже инфракрасного сенсора – может пострадать детализация, если разрешение дисплея будет выше инфракрасного сенсора – станет заметным некорректное расстояние до объектов.

Необходимо заметить, что в работе тепловизионного оборудования есть своя специфика, например оно не дает изображения через стекло, воду или блестящие объекты, так как эти поверхности действуют как зеркала в системе.

Категории тепловизоров

Тепловизоры делятся на две категории: стационарные и переносные. Стационарные – это, как правило, тепловизоры третьего поколения, на основе матриц полупроводниковых приемников, для нормального функционирования которых часто используется азотное охлаждение.

Переносные – это наиболее современные тепловизоры, на базе неохлаждаемых микроболометров. Они более эффективны и во многом превосходят по функциональности стационарных собратьев.

Болометр – это тепловой приемник оптического излучения, который был изобретен в 1878 г. американским астрономом, физиком, пионером авиации Сэмюэлем Припонтом Лэнгли (1834–1936 гг.) Принцип действия прибора основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента вследствие нагревания его под воздействием поглощаемого потока электромагнитной энергии.

Проще говоря, главным компонентом болометра является очень тонкая, затемненная для лучшего эффекта поглощения пластинка, проводящая электрический ток. Эта пластинка из-за своей малой толщины довольно быстро нагревается под воздействием электромагнитного излучения, и ее сопротивление повышается. На основе болометра базируется большинство современных тепловизоров.

Неохлаждаемые инфракрасные детекторы делятся на классы: микроболометры, ферроэлектрики и другие типы. В свою очередь, микроболометры делятся на два подкласса – это микроболометры на оксиде ванадия (VOx), используемые в основном в США, и микроболометры на аморфном кремнии (a-Si). Ферроэлектрики также подразделяются на два подкласса – использующие толстопленочную технологию (Thick Film BST) и тонкопленочную технологию (Thin Film PLZT). К другим типам неохлаждаемых инфракрасных детекторов можно отнести Poly-SiGe и приемники на солях свинца.

Микроболометры на оксиде ванадия более чувствительные и работают при более низких температурах, их используют, как правило, для измерительных приборов. Пожарным и спасательным подразделениям высокая точность получаемой температуры не так важна, как высокая частота снимаемой информации, и для этой роли идеально подходят микроболометры с аморфным кремнием. Ферроэлектрики же значительно проигрывают микроболометрам.

Тепловизор является довольно дорогостоящим оборудованием, около 90% стоимости прибора приходятся на объектив и инфракрасный сенсор. Производство неохлаждаемых инфракрасных чувствительных элементов – очень наукоемкий и высокотехнологичный процесс. А в объективах используются редкие и дорогие материалы, такие как германий (Ge). В отличие от стекла германий обладает прозрачностью в инфракрасной области спектра, поэтому металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики. Именно поэтому в мире существует немного производителей, которые могут себе позволить содержать такое производство.

Почему тепловизоры так дорого стоят

Содержание

Содержание

Умение находить черную кошку в темной комнате в наше время уже не кажется сверхспособностью, особенно если знаешь, что ищут ее с помощью тепловизора. Единственное, что омрачает радость от проведения эксперимента — осознание того, что в руках находится прибор, стоимость которого включает несколько нолей. В материале разберемся, за что отвечают компоненты прибора, какой вклад они вносят в формирование цены.

Читайте также  Виды газоанализаторов и их принцип действия

Визуализация температурной картины

Изобретенный для нужд военных, тепловизор уже давно занял свою нишу в гражданских сферах применения. Обследование зданий и сооружений на предмет потерь тепла, контроль работы электрооборудования и линий электропередач, обнаружение скрытых коммуникаций, вспомогательный инструмент на охоте и т. д. — это далеко не полный перечень функциональных возможностей прибора.

С помощью тепловизоров научились спасать человеческие жизни: уже довольно давно их успешно применяют в работе пожарных. Приборы помогают спасателям более точно определять эпицентр возгорания, мониторить температуру поверхностей, обнаруживать пострадавших, оставшихся внутри помещения или под завалами. Для тепловизора не существует преград в виде сумерек, тумана или задымленности, поскольку прозрачность среды не является определяющим фактором для полноценной работы прибора.

Чтобы понять, как формируется картинка на экране тепловизора, нужно обратиться к теории. Из школьного курса физики известно, что все физические объекты и тела, температура которых выше абсолютного ноля (-273° К), испускают в окружающую среду тепловое излучение, находящееся в инфракрасном (ИК) диапазоне.

Приемник тепловизора способен распознать электромагнитные волны в среднем (от 3 до 5 мкм) и длинном (от 8 до 12 мкм) диапазонах инфракрасного излучения.

Теперь становится понятно, почему прибору абсолютно неважна оптическая прозрачность среды (в видимом глазу диапазоне). Если поблизости есть источник теплового излучения — тепловизор его безошибочно определит. Поэтому в условиях сильного задымления или ранним туманным утром на охоте тепловизор покажет реальную тепловую картину окружения.

Принцип работы

Поскольку на ИК-излучение распространяются те же законы оптики, что и для видимого спектра света, то устройство и принцип работы прибора мало чем отличаются от работы обычной фото- или видеокамеры. Единственное принципиальное отличие — другой материал линз и совершенно иная матрица для регистрации ИК-излучения, но об этом несколько позже.

Температурная картина, попавшая в объектив прибора, фокусируется на термочувствительной матрице посредством специальной линзы или группы линз. Каждый пиксель матрицы — по сути, отдельный термометр, измеряющий интенсивность ИК-излучения в каждой точке исследуемой сцены. Сигнал с матрицы обрабатывается процессором устройства и выводится на дисплей прибора. Там отображаются все сигналы, полученные термочувствительными ячейками матрицы.

Электронная схема прибора (процессор) отвечает за формирование изображения на экране прибора. Обновление результатов измерений для формирования актуальной температурной картины происходит с частотой 9 Гц для тепловизоров начального ценового сегмента и 15 Гц для приборов профессионального применения.

Дальность распознавания и фиксации теплового сигнала находится в диапазоне 100-300 м для тепловизоров бытового применения и порядка 2-3 км для профессиональной серии. Образцы специального и армейского назначения способны фиксировать тепловую картину на расстояниях до 20 км. Для увеличения дальности требуется оптика с изменяемой величиной фокусного расстояния, что в конечном итоге сказывается на стоимости прибора.

Как правило, диапазон измеряемых температур бытовых тепловизоров находится в диапазоне -50-+350° С. Для специализированных приборов планка верхнего значения температуры может достигать +1200° С и выше.

Для удобства восприятия суммарной картинки, различные уровни температур окрашиваются разными цветами: от холодных синих до ярко красных, а то и абсолютно белых областей с высоким уровнем теплового излучения.

Но встречаются девайсы и с монохромными дисплеями, картинка на экраны которых выводится в градации серого цвета.

Для сохранения результатов термометрии, тепловизионная камера, в большинстве случаев, оснащается флеш-памятью.

Значимые компоненты тепловизора

Оптическая система

Основная проблема получения термометрического изображения кроется в оптических свойствах обычного стекла. Оно не прозрачно для ИК-излучения! Боросиликатное стекло без труда пропускает видимую часть спектра, но отсекает волны ультрафиолетового и инфракрасного спектра. Выходом из ситуации будет использование материала, прозрачного для ИК-излучения, — германия. Он непрозрачен для волн видимого спектра, но без труда пропускает сквозь себя волны теплового излучения.

Германиевая линза имеет большую плотность в сравнении с боросиликатными линзами и достаточно высокий коэффициент преломления, поэтому на изготовление оптической системы тепловизора расходуется достаточно большое количество дорогостоящего материала. К тому же, следует упомянуть, что германий очень хрупкий и капризный в обработке материал, поэтому для изготовления линз из германия требуется ювелирная точность производства, а также длительная последующая шлифовка и полировка готового изделия.

Как правило, германиевая линза имеет зеленоватый или красноватый оттенок, а главное визуальное отличие — она непрозрачна для глаза человека.

Стоимость германия сопоставима со стоимостью золота, поэтому окончательная цена прибора уже не вызывает сильного удивления. Альтернативное решение — добавление в состав боросиликатного стекла халькогенидов, таких как сера, теллур и селен, наделяющих обычное стекло оптической проницаемостью в инфракрасном диапазоне. Такой подход, конечно, снижает качество линз, но позволяет существенно удешевить производство и сделать тепловизоры более доступными по цене.

Термочувствительная матрица

Второй краеугольный камень — сложность производства термочувствительной матрицы прибора. Физически матрица представляет собой набор термочувствительных ячеек, упорядоченных в строках и столбцах.

Размер матрицы в тепловизорах обозначается количеством пикселей по горизонтали и вертикали. Для бытового применения распространенные размеры — 160х120, 206х156 и 320х240, в профессиональной сфере в ходу приборы с разрешением матрицы — 640х480. Матрицы большего размера выпускаются по специальному заказу. Их изготавливают производители, коих в мире считанные единицы.

Правило: «Чем больше пикселей (разрешение матрицы) — тем качественней картинка», справедливо и для тепловизоров.

Из-за того, что в основе измерительной ячейки (пикселя матрицы) лежит тепловой приемник излучения, именуемый болометром, всю матрицу тепловизора принято называть болометрической.

Для производства полупроводниковых матриц, как правило, используется кремний в сочетании с окислами никеля, марганца или кобальта. Каждая ячейка болометрической матрицы состоит из двух пленочных термисторов (толщиной не более 10 мкм). Тот термистор, который подвергается воздействию излучения, называется активным, а тот, что находится в изолированной от внешнего излучения области, — компенсационным. Пара термисторов ячейки герметична. При попадании теплового излучения на активный термистор, он нагревается и его сопротивление увеличивается. По разности потенциалов на выводах термисторов одной ячейки рассчитывается уровень температуры, действующей на ячейку ИК-излучения. В зависимости от качества компонентов, шаг измерения температуры составляет 0,15-0,1 °С, а погрешность измерений находится в пределах ± 2 °С.

Помимо высокой стоимости материалов и технологий, используемых при производстве матриц тепловизоров, на окончательную цену очень сильно влияет колоссальный объем работ по калибровке ячеек матрицы. Дело в том, что для получения правдоподобной, не зашумленной картинки на экране тепловизора, каждый пиксель матрицы должен «давать» в систему верное, строго тарированное значение, сопоставимое со всеми другими ячейками.

Калибровка болометрической матрицы производится попиксельно.

Для этого у производителей матриц организованы технологические процессы калибровки готовых изделий, а в управляющих программах профессиональных тепловизоров заложены алгоритмы программной калибровки ячеек, призванные улучшить визуализацию термометрической сцены. В конечном итоге все эти работы также включаются в стоимость готового изделия.

Казалось бы, всего два компонента внутренней начинки тепловизора имеют принципиальные отличия, если сравнивать устройство с обычным фотоаппаратом или видеокамерой. Но их суммарная стоимость составляет порядка 80-90 % всей стоимости девайса, что и объясняет общую дороговизну прибора термометрического наблюдения.

Читайте также  Периодичность очистки вентиляционных систем

Тепловизор. Виды и работа. Применение и как выбрать. Устройство

Тепловизор представляет специальное устройство, которое используется для определения теплового излучения в исследуемом пространстве. В большинстве случаев это устройство имеет дисплей, на котором высвечивается цветная картинка. Каждый цвет здесь означает конкретный уровень температуры. Благодаря визуализации картинки теплового излучения открываются многочисленные возможности использования подобного прибора, к примеру, в военной и охранной сфере, в измерении и контроле технологического процесса.

Работа данного устройства строится на том, что от каждого объекта исходят электромагнитные волны в различном диапазоне частот. Это касается и инфракрасного спектра, то есть «теплового излучения». Но с единственной оговоркой, что интенсивность указанного излучения находится в прямой зависимости от текущей температуры объекта. При этом она практически не зависит от степени освещенности поверхности в видимом диапазоне. В результате тепловизионный прибор помогает получить дополнительную информацию, которую невозможно получить обычным зрением или приборами, работающими в видимом диапазоне частот.

Виды
Тепловизор по разрешающей способности инфракрасного датчика матрицы может классифицироваться на следующие классы:
  • Базовый – порядка 160×120.
  • Профессиональный – до разрешения в 640×480.
  • Экспертный – разрешение более 640×480.

Модели тепловизионных приборов могут иметь неохлаждаемый или охлаждаемый сенсор. В охлаждаемых вариантах датчик позволяет «видеть» на дальних расстояниях с высочайшей чувствительностью. Однако подобные устройства чаще всего являются стационарными, так как система охлаждения увеличивает массу и габариты устройства. Подобные приборы часто применяются в лабораториях или в качестве перевозимых устройств на автотранспорте. Неохлаждаемые приборы применяются практически повсеместно.

В зависимости от измерительного диапазона тепловизионные приборы делят на следующие виды:
  • Строительные приборы, которые работают до температуры в 350 градусов по Цельсию. Их применяют для энергетического аудита строений, оценки теплоизоляционных свойств стен, протечек трубопроводов и тому подобное.
  • Промышленные приборы, которые работают свыше 350 градусов по Цельсию. Их используют для диагностических работ механических и электрических устройств, проверки электрического оборудования, машиностроительных систем и тому подобное.
  • Высокотемпературные приборы, которые работают свыше 1000 градусов по Цельсию. Их используют в специфических случаях: для осуществления контроля техпроцессов, выполняемых при высоких температурах, диагностических исследованиях промышленных и иных устройств с узлами, подвергающихся высокой степени нагревания.
Также тепловизионные приборы бывают следующих видов:
  • Наблюдательные приборы, которые преобразуют инфракрасное излучение в видимое изображение в соответствии со специальной цветовой шкалой.

  • Измерительные приборы, которые определяют температуру объекта с помощью соотношения определенной температуры цифровому пикселю. В результате появляется картинка распределения температур.

  • Стационарные устройства часто используются на промышленных предприятиях, где необходимо контролирование технологических процессов. Подобные прибора часто имеют азотное охлаждение для обеспечения требуемых условий функционирования приемной аппаратуры.

  • Переносные приборы выполняются на базе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Такие агрегаты удобны в применении, и можно легко переносить, и применять в разных труднодоступных местах.

Устройство
Переносной тепловизор имеет следующие основные элементы:

  • Объектив. Для его изготовления применяются редкие материалы, к примеру, германий. Использование стекла недопустимо, так как через него не проходит инфракрасное излучение. Объектив фиксирует инфракрасное излучение. Для оптимизации пропуска света используются просветляющие тонкопленочные покрытия.
  • Матрица, то есть приемник излучения. На данный элемент приходится большая часть цены устройства.
  • Крышка объектива – предохраняет объектив от повреждения.
  • Дисплей, на нем отображаются данные, высвечивается изображение. В большинстве случаев применяется жидкокристаллический экран. Кроме тепловой информации на нем часто высвечиваются вспомогательные данные в виде заряда аккумулятора, времени, шкалы температур и иной важной информации.
  • Ручка с ремнем.
  • Элементы управления. При помощи них осуществляется настройка электронной системы.
  • Электронная система, включающая систему обработки информации. Предназначена для модификации инфракрасного излучения в видимое изображение.
  • Устройство хранения информации и ряд иных дополнительных элементов. Большинство современных приборов имеют карты памяти, которые можно вытащить, чтобы передать информацию на персональный компьютер. Предустановленные программы позволяют провести анализ картинки, в том числе выполнить их обработку для последующей печати или сохранения.
Принцип действия
  • Оптический элемент, куда входят линзы из редкого материала, фиксирует инфракрасное излучение.
  • Далее тепловое излучение направляется на матрицу, которая имеет высокую чувствительность к инфракрасному излучению.
  • Затем сложные микросхемы получают данные с матрицы, генерируя видеосигнал. В нем каждой температуре объекта соответствует определенный цвет картинки.
  • На экране дополнительно высвечивается цветовая шкала соответствия.

  • Тепловизор к тому же может быть оснащен устройством памяти, чтобы можно было записать поток видео тепловой картинки и впоследствии сохранить его на ПК. В комплекте также могут идти микропроцессоры, при помощи которых можно выполнить небольшую аналитику.

В некоторых случаях тепловизор в своем оснащении имеет видеокамеру, благодаря которой удается получить объединенную картинку в видимом и инфракрасном спектре. Благодаря специальному программному обеспечению можно произвести их наложение, в том числе выполнить их обработку.

Применение

Сегодня тепловизор широко применяется в разных сферах деятельности человека. Вызвано это тем, что указанное оборудование способно фиксировать минимальные температурные изменения, которые не может заметить глаз человека. Для работы этого прибора необходимо только инфракрасное излучение. К тому же его можно использовать на расстоянии. При существенной дальности действия, прибор невозможно выявить средствами слежения.

Ввиду указанных свойств данный прибор находит широчайшее применение в:
  • Диагностике.
  • Медицине.
  • Военной сфере.
  • Научных исследованиях.
  • Промышленности.
  • Строительстве.
  • Системах автоматики и так далее.

Так в военной разведке или охране тепловизор способен заметить технику в полной темноте на расстоянии до 3 километров. Человека же он может обнаружить на расстоянии порядка 300 метров. Медицинские устройства применяются для выявления различных заболеваний с помощью изучения параметров инфракрасного излучения. Научные тепловизионные приборы помогают проводить эксперименты и лабораторные исследования.

В промышленности устройства помогают контролировать нормальное течение технологических процессов и предотвращать внештатные ситуации. В строительстве тепловизионные приборы позволяют выявить дефекты в строительной конструкции. Это касается усталостного старения металла, появляющегося в зонах деформации. Именно там начинает выделяться большее количество тепла. Благодаря этому можно не разбирать конструкцию, чтобы отыскать дефекты и предотвратить их возможное разрушение.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: