Тепловизор это. Тепловизоры: принцип работы, характеристики и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Что такое тепловизор и как он работает. Какие бывают виды тепловизоров. Каковы основные технические характеристики тепловизоров. Для чего применяются тепловизоры в разных сферах. Какие модели тепловизоров считаются лучшими.

Содержание

Принцип работы тепловизора

Тепловизор — это прибор, который позволяет визуализировать распределение температуры на поверхности объектов. Он работает по следующему принципу:

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля излучают инфракрасные волны.
Специальная оптика тепловизора фокусирует это излучение на чувствительном сенсоре — матрице.
Матрица преобразует интенсивность излучения в электрические сигналы.
Процессор обрабатывает эти сигналы и формирует цветное температурное изображение — термограмму.
Термограмма отображается на экране прибора в режиме реального времени.

Таким образом, тепловизор позволяет буквально «увидеть» тепло и распределение температуры, недоступное человеческому глазу.

Основные компоненты тепловизора

В конструкцию типичного тепловизора входят следующие ключевые элементы:

Объектив из специальных материалов, пропускающих инфракрасное излучение (обычно из германия)
Инфракрасная матрица — сенсор, преобразующий ИК-излучение в электрический сигнал
Процессор для обработки сигналов и формирования изображения
Дисплей для отображения термограммы
Органы управления (кнопки, курок спуска)
Память для хранения снимков и видео
Аккумулятор

Более продвинутые модели могут комплектоваться дополнительными элементами — сменными объективами, модулями беспроводной передачи данных и т.д.

Ключевые технические характеристики тепловизоров

При выборе тепловизора следует обращать внимание на следующие основные параметры:

Температурный диапазон измерений

Определяет, в каком диапазоне температур прибор способен проводить измерения. Типичные значения:

Бытовые модели: от -20°C до +350-550°C
Профессиональные: от -40°C до +1000-2000°C

Разрешение ИК-матрицы

Показывает количество температурных точек на матрице. Чем выше, тем более детальное изображение:

Бюджетные модели: 80×60, 120×90 пикселей
Средний класс: 160×120, 320×240 пикселей
Профессиональные: 640×480 пикселей и выше

Температурная чувствительность

Определяет минимальную разницу температур, которую способен различить прибор. Измеряется в мК (милликельвинах):

Бытовые модели: 100-150 мК
Профессиональные: 30-50 мК
Высокоточные: менее 30 мК

Частота обновления кадров

Влияет на плавность картинки при съемке движущихся объектов:

Бюджетные модели: 9 Гц

Средний класс: 30-60 Гц
Профессиональные: 60-240 Гц

Погрешность измерений

Показывает точность определения абсолютных значений температуры. Обычно составляет ±2% или ±2°C.

Сферы применения тепловизоров

Благодаря способности бесконтактно определять распределение температуры, тепловизоры нашли широкое применение в различных отраслях:

Строительство и энергоаудит

Поиск мест утечек тепла в зданиях
Выявление дефектов теплоизоляции
Проверка качества монтажа окон и дверей
Диагностика систем отопления

Электроэнергетика

Контроль состояния электрооборудования
Выявление перегревов контактов и изоляторов
Диагностика трансформаторов и генераторов

Промышленность

Контроль технологических процессов
Диагностика производственного оборудования
Оценка эффективности теплообменников

Медицина

Выявление воспалительных процессов

Диагностика заболеваний сосудов
Скрининговый контроль в местах массового скопления людей

Лучшие модели тепловизоров

На рынке представлено множество моделей тепловизоров различных ценовых категорий. Рассмотрим некоторые из лучших представителей в разных сегментах:

Бюджетные модели

Подходят для базового обследования зданий, поиска утечек тепла, диагностики отопительных приборов.

Hikmicro E1L
- Разрешение матрицы: 160×120 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +550°C
- Погрешность: ±2°C
RGK TL-80
- Разрешение матрицы: 80×80 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +350°C
- Погрешность: ±2%

Профессиональные модели

Обладают более высокими характеристиками, подходят для серьезных инспекционных работ.

Hikmicro G40
- Разрешение матрицы: 480×360 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +650°C
- Частота кадров: 50 Гц
FLIR E8-XT
- Разрешение матрицы: 320×240 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +550°C
- Температурная чувствительность: <0.05°C

Портативные модели

Компактные тепловизоры, которые можно подключать к смартфону.

Hikmicro Mini 1
- Разрешение матрицы: 160×120 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +350°C
- Подключение: USB Type-C
FLIR ONE Pro
- Разрешение матрицы: 160×120 пикселей
- Температурный диапазон: -20°C до +400°C
- Совместимость: iOS и Android

Как правильно выбрать тепловизор

При выборе тепловизора следует учитывать следующие факторы:

Определите основные задачи, для которых будет использоваться прибор
Оцените необходимый температурный диапазон измерений
Выберите подходящее разрешение матрицы исходя из требуемой детализации
Учтите требования к точности и чувствительности измерений
Оцените эргономику и удобство использования разных моделей
Сравните дополнительные функции (запись видео, беспроводная передача данных и т.д.)
Соотнесите характеристики и стоимость моделей с вашим бюджетом

Правильно подобранный тепловизор станет незаменимым помощником в решении широкого спектра задач, связанных с тепловым контролем и диагностикой.

Как это работает. Тепловизор

Сегодня без тепловизоров − приборов, фиксирующих тепловое излучение − уже сложно представить многие области промышленности и военное дело. Они помогают нам улучшить наше несовершенное зрение, видеть больше, дальше и лучше.

Одни из крупнейших разработчиков и производителей тепловизионных устройств в России –холдинги «Росэлектроника» и «Швабе», входящие в состав Госкорпорации Ростех. Рассказываем, как устроен тепловизор, чем он отличается от приборов ночного видения и как «видит» в полной темноте.

Как увидеть тепло

В 1800 году астроном Фридрих Вильгельм Гершель во время экспериментов с преломлением света обнаружил, что существует спектр, не видимый для человеческого глаза, который он назвал инфракрасным излучением. Позже было доказано, что все тела, чья температура отличается от нуля, излучают электромагнитное тепловое излучение.

Но может ли человеческий глаз увидеть его? Конечно! Например, без сомнения теплое Солнце, которое отлично видно невооруженным глазом. А для того, чтобы видеть в темноте и обнаруживать через преграды объекты не такие горячие, как Солнце, человечество изобрело тепловизоры – устройства, увеличивающие возможности нашего зрения и позволяющие видеть даже малейшее проявление тепла.

Первые приборы, визуализирующие температуру объектов, появились в 20-е годы прошлого века. Например, такое устройство, как эвапорограф, работало на принципе неравномерного испарения или конденсации вещества на пленке, при этом получалось рельефное изображение объекта. Затем, уже в 1940-е годы, появились термографические камеры, также передававшие изображение на пленку. И наконец, в 1960-е годы появляются технологии, позволяющие создавать тепловизоры, работающие в реальном времени. Изначально тепловизионные устройства разрабатывались в интересах военных, а в 1965 году был продан первый коммерческий тепловизор для мониторинга высоковольтных линий электропередач.

Устройство тепловизора

Тепловая оптика устроена очень похоже на обычную оптику и работает по схожим принципам. Главное отличие – в материале стекла. Обычное стекло не пропускает сквозь себя волны инфракрасного спектра. Поэтому линзы для тепловизоров делаются с применением специальных материалов, пропускающих ИК-лучи, чаще всего – из довольно дорогого германия.

Интересна технология получения линз из германия. Полуметалл сперва расплавляется в печи, затем кристаллизуется на специальном стержне до кристалла нужного размера и разрезается на заготовки, которые после превращаются в линзы. В России есть собственные месторождения и производство этого стратегически важного вещества.

Теплотелевизионный регистратор производства Лыткаринского завода оптического стекла (ЛЗОС) холдинга «Швабе»

Детектор, улавливающий инфракрасное излучение и преобразующий его в информацию – еще более сложное в производстве устройство. Как и в обычном фотоаппарате, он состоит из чувствительной матрицы и блока электроники, обрабатывающего сигнал. Посредством системы линз ИК-излучение подается на матрицу, покрытую датчиками. Затем процессор преобразует данные в видеосигнал и подает на экран устройства.

По сравнению с приборами ночного видения, тепловизор − более универсальное, хотя и более сложное устройство. Прибор ночного видения формирует изображение на основании отраженного от объекта света, то есть черную кошку в полностью темной, изолированной комнате вы с его помощью не найдете, а с помощью тепловизора – запросто.

Игра в «холодно-горячо» по-взрослому

Тепловизоры позволяют заглянуть внутрь предметов без непосредственного физического контакта, находить отклонения от нормальной температуры. И эта способность оказалась очень востребованной для проведения так называемого неразрушающего контроля, когда объект изучается без его разделения на элементы, а чаще всего и без приостановки рабочих процессов, в которых объект участвует.

Видеть сквозь предметы, наблюдать за изменением температуры, находить утечки тепла полезно в самых разных областях промышленности и науки. В энергетике, на производстве, в строительстве тепловизоры помогают в работе и предотвращают техногенные катастрофы, а спасатели с их помощью ищут людей в завалах. Свое применение они нашли даже в медицине, где по динамике температуры отдельных органов можно обнаруживать злокачественные новообразования. Незаменимы тепловизоры и для охотников, причем не только ночью, но и днем.

И все же главным заказчиком тепловизионной техники по-прежнему остаются силовые ведомства. Тепловизоры устанавливаются на личное оружие, бронетехнику, самолеты, корабли, включаются в системы наблюдения, входят в комплекты «умной» экипировки. Все это позволяет обнаруживать злоумышленников и следы их деятельности независимо от времени суток и погодных условий.

Что такое тепловизор, его устройство и назначение.

Для контроля температуры объектов существует множество приборов. Однако, большинство из них способны лишь определить значение в конкретной точке. Для того, чтобы буквально увидеть температуру своими глазами существует тепловизор. Устройство преобразует невидимые человеческому глазу инфракрасные лучи в цветное изображение.

В этой статье мы расскажем о том, как работают такие приборы, какое у них назначение, разберем разные типы тепловизоров и их характеристики, а также составим подборку самых популярных моделей.

Принцип работы тепловизора

Каждый объект отражает не только видимый спектр цветов, но и ряд неразличимых волн. Одни из таких – инфракрасные. Чем интенсивнее излучение, тем выше температура самого объекта. Именно эти волны регистрирует тепловизор.

Принцип работы тепловизора.

Сначала отраженный свет попадает на внешний объектив устройства. Оптика тепловизора пропускает весь спектр излучения, а не только видимый.

После этого свет проходит через призму, которая фокусирует его на матрице. Это микросхема с плотным набором резисторов, способных обрабатывать инфракрасное излучение. Иначе говоря, свет нагревает матрицу, а микропроцессор анализирует полученные данные.

После этого на дисплей выводится термограмма – обработанное изображение объекта в специальной цветовой гамме. Классический набор цветов меняется от красного к синему, с белыми и черными областями раскаленных или переохлажденных областей соответственно. Многие тепловизоры обладают другими палитрами. Например, «Железо» с преобладанием желтого и фиолетового цветов, «Монохром», где яркие объекты выделяются на темном однотонном фоне. Кроме того, можно настроить палитру самостоятельно.

Конструкция тепловизора

Разберем более подробно устройство прибора.

Все объекты, температура которых превышает абсолютный ноль – 273 °С, излучают инфракрасное свечение. Весь спектр отраженного света попадает на линзу из германия.

Устройство тепловизора.

Альтернативами служат селенид цинка и халькогенидные стекла как более дешевая в производстве замена. В зависимости от модели тепловизора, внутри могут быть установлены фокусирующие линзы. Дополнительная оптика нужна для прицеливания на отдаленные объекты.

Далее следует матрица, на которой фокусируется излучение. Температурные датчики делятся по разным критериям. Первое деление – на охлаждаемые и неохлаждаемые. Наибольшее распространение получили вторые, т.к. первые требуют криогенной установки из-за их сверхчувствительности.

Другое разделение происходит на калиброванные и некалиброванные сенсоры. Первые формируют термограмму и измеряют температуру во всех точках. Вторые способны лишь создавать изображение в видимом спектре без замеров.

Собираемая информация отображается на дисплее. Подавляющее большинство тепловизоров оснащено фиксированным экраном, однако, есть модели с поворотной конструкцией. Они востребованы в промышленности, техническом обслуживании и других подобных сферах. Благодаря шарнирной основе, экран можно повернуть под удобным углом, при этом направив тепловизор на высоко расположенные объекты.

Основные элементы управления – кнопки, расположенные под экраном, а также большая клавиша-курок спуска на рукоятке. Некоторые тепловизоры оснащены сенсорным дисплеем. В меню выполняется настройка прибора, выбирается тип сохраняемых файлов и многое другое.

Внешний вид и элементы тепловизора.

Все перечисленные элементы – основные детали любого измерительного тепловизора. Однако, есть модели, которые комплектуются дополнительными модулями. К ним относятся сменные объективы, которые предназначены для изменения угла поля зрения. Некоторые насадки адаптируют тепловизор под макросъемку для изучения плотно расположенных объектов, например, соединений в электрощитовых.

Данные хранятся на встроенной памяти и съемной карте. Многие модели тепловизоров оснащены выходами для подключения к телевизору или компьютеру. Наиболее продвинутые устройства передают эти данные по беспроводным Wi-Fi или Bluetooth.

Основные технические характеристики

Рабочий диапазон. Показывает, какие температуры различает прибор. Большинство тепловизоров способно определять до + 600 °С, что достаточно для многих задач. Для работы с более горячими объектами предусмотрены приборы с диапазоном до + 1000 °С и выше.
Разрешение ИК-матрицы. Чем больше данное значение, тем более четким будет конечное изображение. Самые простые сенсоры обладают разрешением 80х60 или 120х90 пикселей. Это означает, что на матрице находятся 4800 или 10800 точек с уникальным значением температуры.

Внешний вид инфракрасной матрицы.

Старшие модели оснащаются матрицами на 640х480, 1024х768 пикселей или более. Количество точек достигает нескольких сотен тысяч, что гарантирует четкое детализированное изображение.

У некоторых производителей есть технология виртуального увеличения размеров термограммы. Применяется 2-кратное растягивание изображение без потери качества, что повышает читаемость картинки.
Чувствительность тепловизора. Способность матрицы обнаружить разницу температур между двумя соседними точками. Чем ниже данное значение, тем более незначительный перепад виден на экране. Чувствительность 100 мК означает, что между соседними точками на матрице должна быть разница не менее 0,1 °С. В противном случае прибор не распознает это, закрасив оба пикселя одним цветом. Чувствительность в 50 мК снижает этот порог до 0,05 °С.
Частота обновления кадров. Показывает то, сколько раз в секунду меняется изображение на дисплее. Чем выше данный показатель, тем точнее будут данные, т.к. вы сможете обнаружить кратковременные перепады. Чаще всего используются 9 или 60 Гц, т.е. 9 или 60 кадров/сек. Некоторые профессиональные модели способны обновлять изображение со скоростью 120 и 240 Гц.
Спектральный диапазон. Длина волны, которую распознает тепловизор. Все приборы работают с диапазонами от 8 до 14 мкм и от 3 до 5,5 мкм. Меньший из них применяется для обследования объектов с высокой отражающей способностью – стекла, зеркала, полированные металлы.
Точность. При измерении температуры полученные данные могут отклоняться от истинного значения. Практически у всех тепловизоров это значение составляет около ± 2-3%. Этого достаточно даже для профессиональных задач, в том числе, для осмотра сложного оборудования. Результат можно улучшить, однако, для этого необходимо приобрести тепловизор с азотным охлаждением. Они применяются в научной сфере для лабораторных испытаний.
Дисплей. Размер экрана тепловизора связан с конструкцией самого измерителя. У приборов с пистолетной рукоятью дисплей редко превышает диагональ 3,5” и разрешение 640х480 пикселей. Если экран установлен на шарнирное соединение, то его размеры могут достигать 5” с плотностью точек до 1024х768.

Параметры дисплея никак не влияют на конечный результат. Термограмма, сохраняемая на компьютере, обладает собственным разрешением, зависящим от конкретного устройства.
Запись данных. Большинство тепловизоров сохраняет съемку в виде специального файла. Обработка возможна только в фирменных приложениях для компьютера и мобильных устройств. С помощью этих программ можно просмотреть изображение, определить температуру в каждой конкретной точке, сформировать отчет и т.д.

Некоторые приборы сохраняют данные в виде популярных форматов изображений JPG или PNG. Это облегчает просмотр файлов. Отдельные модели записывают видеозаписи в инфракрасном спектре. Это актуально при осмотре большого числа узлов, больших зданий и других подобных задач.

Применение тепловизоров

Такие устройства используются для неразрушающего температурного контроля. Это означает, что для наблюдения за объектами не нужно касаться поверхности. Это актуально во многих сферах:

Коммунальные службы – контроль за состоянием теплотрасс, отопительных приборов, распределительных узлов.
Ремонт – поиск мест наибольших теплопотерь, дефектов, плохой изоляции.
Энергетика – обследование генераторов, поиск несправных соединений, определение состояния труб, дымоходов.
Пищевая промышленность – контроль температуры замороженных продуктов, обследование холодильных камер и т.д.

Тепловизионный контроль.

Лучшие модели тепловизоров

Приборы данного типа подразделяются на несколько сегментов. Разделение идет по классам и категориям: бюджетные бытовые модели применяются для повседневного обследования домов и инженерных конструкций. Они обладают базовыми характеристиками и доступной ценой.

Профессиональные модели оснащены продвинутыми матрицами. Они обеспечивают высокую детализацию и точность термограмм, а также обладают рядом дополнительных функций.