Тепловизоры

Что такое тепловизор, для чего он нужен, какие бывают тепловизоры!

Тепловизор: кому полезен и где применяется, как выбрать

В этой статье постараемся кратко рассказать, что такое тепловизор, для чего он нужен, как правильно выбирать тепловизор, какие характеристики требуют внимания при покупке.

Содержание:

Что такое тепловизор?

Принцип работы тепловизора.

Что же может тепловизор?

Характеристики и стоимости тепловизора

Дополнительные функции тепловизоров

Производители тепловизоров

Как выбирать тепловизор

Что такое тепловизор?

Тепловизор – электронный измерительный прибор, позволяющий видеть инфракрасное (тепловое) излучение различных объектов вне зависимости от времени суток. Основная задача тепловизора – бесконтактный замер температуры живых и неживых объектов природы, диагностика и поиск поломок оборудования и электрики, выявление проблем в строительстве. Тепловизионные камеры делают тепловые изображения, основываясь на разнице температуры объектов. Простой с виду прибор благодаря сложным алгоритмам считывает с изображений температурные значения. Места нагрева окрашиваются в яркие красный, жёлтый и оранжевый цвета, холодные места в оттенки синего и чёрного цвета. Широкую распространённость и популярность приборы снискали благодаря применению в различных важных областях деятельности человека. Основные области использования- строительство, промышленность, военные нужды, охота, медицина и др. В наше время, когда на рынке есть широкий выбор различных приборов всё чаще тепловизоры используются для обследования частных деревянных и кирпичных домов, квартир, что позволяет находить неполадки в электрике, и определять места теплопотерь.

Принцип работы тепловизора

Тепловизор регистрирует и анализирует температуру поверхности объектов. Различные материалы обладают своей способностью отражать и поглощать излучение в инфракрасном спектре. Мы видим на экране прибора цветовые изображения, в которых цвет ассоциируется с температурой сформированных на основе картины распределения температуры неравномерности нагрева одной и той же поверхности. Температурное разрешение составляет около 0,05-0,1 градуса. Тепловизоры работаю в спектральном диапазоне 8-14 мкм и 3-5,5 мкм. Приземные слои атмосферы наиболее прозрачны для такой длины волны, что обеспечивает наибольшую дальность обнаружения и наблюдения за объектами, которые излучают в температуры в диапазоне от -50 до +500 градусов. В этом диапазоне частот минимальные помехи от атмосферных явлений: тумана, снега, дыма, дождя.  Что же видит тепловизор?

Глаз человека воспринимает очень малую часть электромагнитного спектра. Глаза несовершенны, и мы воспринимаем только видимый свет, и инфракрасное излучение за пределами способностей органов зрения. Видимый свет находится в диапазоне длин волн электромагнитного излучении от 0,38 до 0,76 мкм. Середина этого диапазона находится на длине волны 0,55 мкм, что соответствует максимуму солнечного излучения. Поскольку диапазон электромагнитного излучения простирается от ангстрем(внесистемная единица измерения длины, равная 10−10 м (1 Å = 0,1 нм = 100 пм; 10 000 Å = 1 мкм).) до сотен километров и не ограничен ни «слева», ни «справа», люди на протяжении своей современной истории стремятся изучить те диапазоны излучения, где глаз человека беспомощен. Инфракрасное-излучение находится в диапазоне между видимым светом и СВЧ- диапазоном электромагнитного спектра. Инфракрасное (ИК) излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Основным источником инфракрасного излучения является тепло или тепловое излучение. Любой предмет с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 °C или 0 градусов Кельвина) испускает излучение в ИК-области. Даже объекты, которые кажутся нам очень холодными, например кубики льда, тоже испускают ИК-лучи. Иными словами, если бы глаз человека видел в ИК диапазоне, то мы могли бы оценивать температуру объектов, не прикасаясь к ним.  Тепло солнечных лучей, огонь камина или трубы отопления — все это ИК-излучение. И хотя глаза его не видят, наша подкожная нервная система ощущает это излучение, как тепло или холод. Чем горячее объект, тем большее ИК-излучение он испускает. Инфракрасное излучение, исходящее от объекта, фокусируется объективом тепловизора на инфракрасном детекторе. Этот детектор передает сигнал в электронный блок для обработки изображения. Электронный блок преобразует сигналы, поступающие от датчика, в тепловизионное изображение, которое отображается ЖК-дисплее, видоискателе ил внешнем мониторе. За счёт преобразования инфракрасного изображения в радиометрическое, считываются температурные значения с тепловизионного изображения.

Интересная деталь!

Человек, придумывая и создавая различные приборы многое позаимствовал у природы. Многие животные обладают инфракрасным зрением. Специальные органы, способные улавливать тепловое излучение, есть у ряда животных. Так змеи используют молекулярный алгоритм обработки данных о внешнем мире. Эта сенсорная система, называемая ямками, позволяют выбирать из всего многообразия теплых предметов, существующих в окружающем мире только те, что движутся и представляют интерес для пища. Строение их органа довольно простое. Рядом с каждым глазом есть отверстие диаметром около миллиметра, которое ведет в небольшую полость такого же размера. На стенках полости расположена мембрана, содержащая матрицу из клеток-терморецепторов размером примерно 40 на 40 клеток. Эти клетки реагируют не на «яркость света» тепловых лучей, а на локальную температуру мембраны. Орган шестого чувства змеи работает как камера-обскура, прототип фотоаппаратов. Мелкое теплокровное животное на холодном фоне испускает во все стороны «тепловые лучи» — инфракрасное излучение с длиной волны примерно 10 микрон. Проходя через отверстия, лучи локально нагревают мембрану и создают «тепловое изображение». Благодаря высокой чувствительности клеток-рецепторов (детектируется разница температур в тысячные доли градуса Цельсия!) и неплохому угловому разрешению, змея может заметить мышь в абсолютной темноте с довольно большого расстояния. Другой вариант «тепловизионного» зрения есть у глубоководных кальмаров. Помимо обычных глаз по нижней поверхности тела кальмара расположены особые органы, улавливающие инфракрасные лучи. Их устройство схоже с обычным глазом, которые при этом имеет дополнительный светофильтр, поглощающий все остальные лучи, кроме инфракрасных, и расположенный перед преломляющей линзой-хрусталиком.

Что же может тепловизор?

Чаще всего прибор используют в качестве индикатора выявления мест с аномальным отклонением температур во время тепловизионной диагностики. Современные тепловизоры не только получают тепловизионные изображения, но и определяют локальную температуру в отдельных точках поверхности.   Находя аномальные значения и точки, тепловизор позволяет детектировать неправильно работающие узлы агрегатов машин и механизмов, находит дефекты контактных соединений, электрооборудования и аппаратуры. Значительная часть тепловизоров используется в строительной сфере. Тепловизионная съемка применяется при энергоаудите, проверке качества работ (контроль правильности монтажа оконных блоков, качество теплоизоляции и пр.), поиске протечек и скрытых дефектов, выявлении мест, где может появляться плесень, диагностики электросетей и коммутационного оборудования, проверки работы систем отопления и нахождении точек теплопотерь.

Классификация тепловизоров по применению: для поиска утечек тепла-холода; для обследования электрооборудования и электрики; для поиска утечек газа/разливов нефти; для контроля и автоматизации технологических процессов; для научных исследований; медицина; военная сфера.

Характеристики и стоимости тепловизора

Ценообразование на рынке тепловизоров в основном зависит от разрешения ИК матрицы тепловизора, его температурного диапазона, дальности работы и дополнительных измерительных функций. Самый доступный тепловизор по состоянию на начало 2021 года можно приобрести за 19000 рублей, за эту цену вы получите простой прибор для подключения к смартфону, который подойдёт для различных нужд в быту. Наиболее дорогие модели -это профессиональные тепловизоры с большой матрицей для энергоаудита, технической и промышленной диагностики. Так тепловизор Testo 890-2 стоит 2 200 000 (январь 2021 года).

Ознакомимся с основными характеристиками приборов. Разрешение инфракрасного детектора – важнейшая характеристика, определяющая уровень конкретной модели и качество термографирования. Самыми доступными по цене являются модели с разрешением 60х60 (), тепловизоры верхнего ценового диапазона имеют разрешение свыше 640х480 (Testo 890-2 до до 1280 x 960 пикселей в режиме SuperResolution). Главное не путать разрешение ИК-детектора с характеристиками встроенной камеры видимого диапазона и разрешением экрана. Разрешение тепловизора – это количество отдельных «точек измерения» по горизонтали и вертикали, отображаемых на термограмме. Внешне похожие модели разного класса, но с разным разрешением ИК-матрицы, в процессе съемки будут показывать похожие изображения, однако при детальном просмотре на компьютере разница будет заметна – чтобы получить качество 120х120 при помощи тепловизора с разрешением 60х60 необходимо сделать 4 снимка с близкого расстояния если позволит оптика.  В большинстве случаев базовые модели с низким разрешением используются для оперативной диагностики электромеханического оборудования, коммутационной и электросиловой аппаратуры, поиска протечек, определения источников теплопотерь в помещениях и т.п. С задачами энергоаудита зданий высотой до 5 этажей успешно справляются модели тепловизоров разрешением 120х120. Для тепловизионного обследования крупных объектов обычно используют модели с разрешением 320х240 (для объектов до 16 этажей) и 640х480. Тепловизоры с высоким разрешением позволяют получать термограммы высокого качества. Однако если у вас модель более бюджетного класса, можно получить сходие результаты, сделав серию снимков и при помощи соответствующего программного обеспечения соединив их. Сменные объективы помогают расширить возможности тепловизора, выполняя тепловизионное обследование общего плана с использованием широкоугольной оптики. Такой объектив нужен, если объект находится близко к оператору и нужно просматривать, как можно большую площадь. Для детальных снимков удаленных объектов или отдельных элементов (например, верхние этажи зданий, опоры ЛЭП, дымовых труб, ИК съемка с борта вертолета) телеобъектив очень полезен. Следует учитывать, что широкоугольные объективы увеличивают «угол зрения» прибора, а телеобъективы – сужают. В профессиональных тепловизорах ИК объектив является сложным узлом, включающим набор линз и зеркал из хрупких, дорогостоящих и требующих прецизионной обработки материалов типа кремния, германия и специальных ИК стекол. Основными параметрами объективов, которые важны для потребителя, являются угол зрения и фокусное расстояние. Температурный диапазон, в котором тепловизор может выполнять измерения, определяет сферу применения прибора. Для термографирования зданий вполне подойдут тепловизоры с верхним температурным диапазоном до +100°C, для диагностики электроустановок и промышленных агрегатов требуются приборы, способные выполнять измерения до +350°C, а для проверки котлов, теплогенераторов и пр. необходимы более «высокотемпературные» модели (до +650°C). В литейной, стекольной, химической промышленности, в энергетике, где температуры могут достигать до +1200°C (или выше) используются модели тепловизоров с соответствующим температурным диапазоном. Выбирая тепловизор, конечно же, следует «оставлять» определенный «температурный запас», однако чрезмерно завышать требования к температурному диапазону не стоит – это увеличивает стоимость тепловизора. Чувствительность – это величина минимального температурного перепада, которую способен заметить тепловизор. От этой характеристики зависит «контрастность» получаемого изображения. Для энергоаудита вполне достаточно чувствительности в 0,1°C. Для обнаружения узлов электросилового или механического оборудования могут использоваться и менее чувствительные модели. Повышенная чувствительность требуется для выявления участков с повышенной влажностью, протечек, скрытых дефектов и т.п. Точность измерений (погрешность). Большинство тепловизоров (с неохлаждаемой болометрической матрицей) обеспечивают измерения точностью не ниже 2%, что вполне достаточно для решения основных задач по диагностике и энергоаудиту. Если же нужна более высокая точность (научные исследования и при контроле технологических процессов) применяются модели с азотным охлаждением. Спектральный диапазон. Для выполнения большинства задач (например, по термографированию зданий) используют тепловизоры со спектральным диапазоном 7-14 микрон. Съемку зданий со сплошным остеклением обеспечивают модели со спектральным диапазоном 3-5 мкм (с охлаждаемой матрицей), которые позволяют определять поверхностную температуру объектов из стекла и при этом не учитывают их отражающую способность. Размер экрана тепловизора имеет значение при оперативном тепловизионном обследовании, когда нужно быстро и без ошибок выявить неисправность на месте. Для энергоаудита эта характеристика важна не в такой мере, ведь при составлении отчетов качество снимков определяется только разрешением ИК-датчика.

Дополнительные функции тепловизоров

Большинство тепловизоров (кроме бюджетных моделей) обладают встроенными фото-видеокамерами с функцией сохранения изображения, благодаря чему появляется возможность наложения (полного или в режиме «картинка в картинке») изображений инфракрасного и видимого спектров. Модели верхнего ценового диапазона позволяют производить видеозапись в ИК диапазоне. Многие приборы имеют встроенный компас или GPS для записи координат. Для выявления мест образования плесени оказываются полезными функции температурной сигнализации и обнаружения участков с максимальными и минимальными температурными показателями. Выбирая тепловизор, обязательно изучить функциональные возможности ПО, часто софт не входит в комплект и приобретается отдельно.

Основные производители тепловизоров

Производителей тепловизоров в наше время всё больше, конкуренция возрастает, появляются новые бренды, но не все они интересны. Есть ряд брендов, продукцию котороых можно смело покупать и не бояться, что покупка разочарует. Качественное оборудование редко сильно дешевеет. Лидеры в разработке и продаже оборудования это-FLIR, Fluke, Testo, Guide, Infrared, Pulsar и др.

Как выбирать тепловизор

В 2021 году при выборе тепловизора нужно очень внимательно определить цели и задачи которые должен будет решать прибор. Главное не пытаться приобрести прибор который сможет решить максимальное числа измерительных и диагностических задач. При выборе тепловизора первое-цели и задачи, далее бюджет. Так существуют тепловизоры для охраны периметра. Охранные тепловизоры не измеряют температуру объектов а применяются в качестве высокочувствительного прибора ночного видения для обнаружения объектов. Охранный тепловизор должен давать чёткие изображения на больших расстояниях при максимальном рабочем диапазоне температур, чтобы исключить ложные срабатывания охранных систем. Обращайте внимание на разрешение матрицы тепловизора, чем она больше, тем чётче картинка, но и дороже сам тепловизор. Сейчас появляется все больше компактных и удобных приборов для решения повседневных нужд, таких как тепловизионное обследование квартир, дачи, деревянных и других частных домов, проверка электрики, поиска неисправностей в проводке автомобиля, проблем тёплых полов. К такому классу относятся серии моделей для смартфонов FLIR One; Seek Thermal,testo 865. Тепловизоры для строительства и электрооборудования. Обследование тепловизором зданий и сооружений позволяет найти теплопотери в здании, найти неисправное электрооборудование. Для диагностики в строительстве оптимальным выбором будут приборы с разрешением матрицы от 320 x 240 пикселей и функцией цифрового увеличения изображения. Для эксплуатации на улице важным параметром является защищенность прибора и диапазон рабочих температур окружающей среды. На что важно обращать внимание при аудите? Часто температурные значения слишком малы, поэтому отопительный сезон лучший период для обследования зданий. Чем больше перепад температуры, тем проще найти потери. Перепад температур между внутренним и наружным воздухом при тепловизионной проверке должен быть не менее 10°C – 15°C. Чем выше перепад температур, тем точнее результаты обследования. Идеальные условия для тепловизионного обследования – это ясный безветренный вечер, температура в помещении +(20-25)⁰С, а внешняя температура – (0-10)⁰С или ниже. Как провести обследование в тёплое время года, когда перепад температур минимален? Для создания благоприятных условий возможно применение аэродвери для создания дополнительного теплового напора.

Стоимость тепловизоров год от года становится ниже и появляется все больше доступных и удобных широкому кругу потребителей продуктов.  В начале оборудование было доступно только для военных и крупных компаний, сейчас простой тепловизор стоит от 19000 рублей и удобно подключается к вашему смартфону!