Тепловизор против covid-19. практика применения и реальные возможности

Основные принципы работы тепловизора

Любой предмет является источником электромагнитных волн, которые излучаются в широком частотном диапазоне, включая ИК-спектр, который также называют тепловым излучением. Интенсивность ИК-излучения непосредственно зависит от температуры предмета, при этом влияние степени освещенности является незначительным.

Тепловизионный прибор позволяет визуализировать предметы и показать характеристики, которые являются недоступными для человеческого зрения и других технических средств. Это предоставляет новые возможности для проведения высокоточных измерений, мониторинга производственных процессов и обеспечения безопасных условий.

Принцип действия современных моделей основан на том, что некоторые материалы могут распознавать и фиксировать ИК излучение. С помощью оптического устройства, в конструкцию которого входят линзы, тепловое излучение предмета проецируется на матрицу, чувствительную к ИК-лучам.

С помощью микросхем данные считываются и преобразуются в видеосигнал, на котором участки с разной температурой показываются разными оттенками. Холодные места отображаются синим цветом, горячие – оранжево-красным.

Современные модели оборудования оснащаются функцией записи изображения, а также позволяют анализировать результаты сканирования в реальном времени.

Технические характеристики тепловизора определяются его назначением. Для лабораторных исследований используют сложные модели с минимальным шагом температурных значений. Для обследования квартиры, оборудования применяют устройства, которые работают в широком частотном диапазоне. Основной принцип функционирования прибора – измерение и визуализация ИК-излучения, успешно применяется в самых разных сферах.

Литература

• Ллойд Дж. Системы тепловидения./Пер. с англ. под ред. А. И. Горячева. — М.: Мир, 1978, с. 416.
• Криксунов Л. З. Справочник по основам инфракрасной техники, Издательство: Советское радио, год: 1978, страниц: 400.
• Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы. Техника. Применение. М.: Мир, 1988.
• В. А. Дроздов, В. И. Сухарев. Термография в строительстве — М.: Стройиздат, 1987. — 237 с.
• Инфракрасная термография в энергетике. Т 1. Основы инфракрасной термографии / Под ред. Р. К. Ньюпорта, А. И. Таджибаева, авт.: А. В. Афонин, Р. К. Ньюпорт, В. С. Поляков и др. — СПб.: Изд. ПЭИПК, 2000. — 240 с.
• Огирко И. В. Рациональное распределение температуры по поверхности термочувствительного тела … стр. 332 // Инженерно-физический журнал Том 47, Номер 2 (Август, 1984)

Тепловизор Workswell WIRIS 2nd Generation

WIRIS  2nd Generation объединяет тепловую камеру, цифровую камеру и блок управления в одном корпусе. С конца 2016 года появился тепловизор WIRIS  2nd Generation с температурным диапазоном, увеличенным до 1500 °C с использованием высокотемпературного фильтра. Тепловизор имеет следующие возможности:

Цифровой зум — если задача состоит в измерении удаленных объектов, то у вас есть опция цифрового зума. Цифровая камера имеет 16-кратный зум, а тепловая камера имеет 14-кратный зум с разрешением 640 × 512.

Фотограмметрия и 3D-модели — изображения, снятые системой, являются полностью радиометрическими и содержат информацию о GPS-координатах в метаданных EXIF файлов. Эти изображения могут быть использованы для создания 3D-моделей. Для создания 3D-карт и 3D-моделей используется специальное программное фотограмметрическое обеспечение, позволяющее объединять необработанные изображения.

GPS – вы можете связать данные о температуре изображения со значением из внешнего GPS-приемника. Данные GPS сохраняются в части EXIF файла JPEG и доступны для использования.

Вес  — 390 грамм.

Типы матриц, роль охлаждения

Тепловизионные камеры отличаются не только по техническим характеристикам, но и по другим параметрам:

• форме исполнения;
• конструктивным особенностям.

Наличие охлаждения влияет на сферу применения и стоимость устройства. Вот основные моменты:

1. Неохлаждаемые матрицы имеют компактные габариты, внешне схожи со стандартной камерой уличного наблюдения. Их укомплектовывают защитным кожухом, а ценовая категория вполне доступна. Минус – сниженная чувствительность, по сравнению с охлаждаемым вариантом.
2. Наличие охлаждения для матрицы позволяет расширить ее функционал, однако повышает стоимость техники. Корпус такой камеры герметично запаян, внутри создается вакуум и размещают криогенную установку. Высокая чувствительность позволяет регистрировать даже единичные фотоны. Радиус обнаружения человеческого присутствия достигает 2-5 км. Такие приборы применяют для организации видеонаблюдения за важными стратегическими объектами, имеющими большую площадь (акватория морского порта и др.).

К минусам охлаждаемых тепловизоров относят потребность в регулярном техническом обслуживании и ограниченность срока службы.

Это важно: для большинства современных систем видеонаблюдения и охраны объектов достаточно приобрести камеру с неохлаждаемой матрицей. Она успешно справится с поставленными задачами

Для чего используют тепловизоры в строительстве

Обследование строительным тепловизором коттеджа, дачи или жилого дома дает возможность увидеть на термограмме то, что происходит внутри различных предметов и конструкций здания, вообще не касаясь их. Это называют неразрушающим контролем.

Такого рода осмотр покажет состояние отопительных трубопроводов в стенах и теплом полу без вскрытия штукатурки или кафельной плитки.

В основе тепловой диагностики лежит принцип фиксирования неоднородностей теплового поля, что позволяет судить о состоянии исследуемых объектов

Чувствительность некоторых моделей достигает сотых долей градуса, благодаря чему можно не только увидеть тепловой след на поверхности конструкций, но и узнать, что же происходит внутри.

Уникальным преимуществом современных тепловизоров перед другими средствами контроля является именно возможность заглянуть внутрь предметов без нарушения их целостности. Даже минимальное отклонение температурных показателей от нормы будет свидетельствовать о наличии неполадок, к примеру, в электросети.

Проверка частного дома тепловизором поможет решить самые разные задачи:

• локализовать места утечек тепла и определить степень их интенсивности;
• проконтролировать эффективность пароизоляции и выявить образование конденсата на различных поверхностях;
• правильно подобрать тип утеплителя и рассчитать необходимое количество теплоизоляционного материала;
• обнаружить протекание крыши, трубопроводов и теплотрасс, утечку теплоносителя из отопительной системы;
• проверить воздухонепроницаемость оконных стеклопакетов и качество монтажа дверных блоков;
• провести диагностику вентиляции и системы кондиционирования;
• определить наличие трещин в стенах сооружения и их размеры;
• найти места засоров в системе теплоснабжения;
• диагностировать состояние электропроводки и выявить слабые контакты;
• обнаружить места обитания грызунов в доме;
• найти источники сухости/повышенной влажности внутри частной постройки.

Строительный тепловизор дает возможность оперативно проверить соответствие параметров возведенного здания техническим требованиям, оценить качество недвижимого объекта перед его покупкой и диагностировать работу внутренних коммуникаций.

Проведенное обследование дома термографическим сканером до начала укладки теплоизоляционных материалов поможет правильно рассчитать расходы на утепление

А уже после окончания работ тепловизионная съемка позволит проконтролировать финальный результат и обнаружить недостатки монтажа, создающие теплопотери. Проверка покажет и мостики холода, которые можно быстро устранить при подготовке к зимнему сезону.

Перед реконструкцией или ремонтом старых сооружений прибор с инфракрасной камерой придет на помощь, чтобы выявить самые холодные зоны и места затеканий, проблемы с теплыми полами, и объективно оценить объем запланированных строительных работ.

Сфера эксплуатации

Данное оборудование может использоваться как на частных, так и на коммерческих объектах. Допускается использование камер совместно с IP-системами. Для поддержки нормальной работы оборудования подойдет идентичное ПО.

Тепловизионные приборы защищают периметр, мошенники не проникнут на охраняемое пространство. Устройства в ускоренном режиме захватывают цели. Тревога может сработать даже в полной темноте или при неблагоприятных условиях (при дожде, снегопаде или задымлении).

Тепловизионные камеры предотвращают возникновение пожаров

Классические пожарные сигнализации оповещают о возникновении пожара внутри помещения. Современные крупные промышленные организации имеют большие площади на открытом пространстве. На таких площадях зачастую находятся товарно-материальные ценности, здесь запросто может возникнуть возгорание.

При возникновении пожара тепловизионные камеры фиксируют отклонения в температурном диапазоне, в автоматическом режиме отправляют сигнал на монитор оператора. Одновременно с этим оповещаются ответственные лица с помощью мобильной связи.

Способность измерения температуры оборудования

Тепловизионные камеры отличаются высокой точностью измерения температуры. Такая особенность существенно расширяет сферу использования устройств на производстве. Нередко камеры применяются для определения изменений температуры оборудования, которые сигнализируют о неисправностях. С помощью тепловизионных устройств можно своевременно диагностировать оборудование, исключить вероятность возникновения поломки.

Термометрические камеры определенного класса дают возможность решить 2 задачи:

• Измеряют отклонения температуры. Пользователь самостоятельно устанавливает температурный предел, при достижении которого будет отправлено тревожное сообщение. Это исключает вероятность повышенного износа установок, предотвратит возможное возникновение аварии.
• Осуществляют точную термометрию. Не всегда необходимо отслеживать предельную температуру. В некоторых случаях нужно наблюдение за показателями на различных объектах в режиме реального времени. Имеется возможность определять конкретные точки или области, где будет постоянно регистрироваться температура.

Важные характеристики

Вывод информации в тепловизоре, как уже говорилось, производится на специальный дисплей

И потому очень важно, каков размер экрана, представляющего пользователю необходимые данные. Он должен подчиняться правилу разумного баланса: чтобы не приходилось как вглядываться с лупой в мелкие черточки, так и испытывать проблемы при ходьбе с тепловизором

Размер дисплея зависит, помимо прочего, и от форм-фактора самого сканирующего устройства.

Разрешение инфракрасного детектора

Основные параметры детектора определяются тем, какая болометрическая матрица была использована при его создании. Фактическое разрешение камер, снимающих в инфракрасных лучах, всегда меньше, чем у их «оптических» аналогов. При этом уровень разрешения прямо влияет как на детализацию ближних объектов, так и на возможность сделать точный замер на удаленном объекте. Но чем совершеннее элементная база, тем труднее уместить ее в ограниченное пространство и соблюсти иные требования. Поэтому нельзя рассчитывать, что технически совершенный тепловизор будет дешевым.

Разрешение тепловизора

При всей значимости детектора и оптической матрицы итоговое разрешение тепловизора зависит не только от них. Ведь полученный сигнал должна еще обработать электроника в соответствии с определенными предустановленными алгоритмами. Пространственным разрешением принято называть величину самого мелкого объекта, который способен зафиксировать прибор. Встречается еще и термин «поле зрения», показывающий угол обзора у тепловизионной техники. Чем больше этот показатель, тем более удаленные объекты получится сканировать.

Сменные объективы

Условия инфракрасной съемки в разных местах могут существенно различаться. Естественно, в этих случаях лучше использовать тот объектив, который наилучшим образом подходит под ту или иную ситуацию. Чем больше допускается вариантов сменного окуляра, тем лучше. Следует учитывать, что почти все объективы требуют калибровки под конкретную камеру в подготовленных и контролируемых условиях. Однако встречаются и изделия с установочными файлами; благодаря им подстройка выполняется самостоятельно.

Температурный диапазон

Совершенно очевидно, что на пожаре приходится иметь дело с совсем иными температурами, чем на металлургическом производстве или при сканировании качества теплоизоляции здания. Когда планируется обследовать объекты, чья температура обычно колеблется в районе 200 градусов, нет никакого смысла использовать прибор, рассчитанный на 500 градусов и более. Универсальная техника может контролировать температуры от -50 до +3000 градусов.

Чувствительность

У этого параметра есть и иное название – погрешность при замере в смежных точках. Чтобы было понятнее, скажем так: это наименьший разброс температуры между прилегающими областями, который будет зафиксирован тепловизором. Охотникам и другим людям хватает разницы в 0,02 градуса. Более точный замер требуется только узким специалистам. В производственных условиях высокая чувствительность помогает точнее представлять особенности контролируемого технологического процесса.

Погрешность

Этот показатель обратно пропорционален точности производимых измерений. Стоит понимать, что наряду с технической погрешностью (наблюдающейся только при идеальных условиях съемки), появляется и практическая погрешность. На точность полученных показателей влияет:

• отражающая способность исследуемых объектов и поверхностей;
• правильность ориентации прибора и наблюдателя по отношению к цели;
• правильность изначально заданного коэффициента черноты;
• шероховатость или гладкость поверхности;
• пассивность или подвижность объекта;
• расстояние;
• оптическая и инфракрасная прозрачность среды;
• наличие или отсутствие сквозняков (ветра);
• геометрия обследуемых объектов (на углах показатели температуры завышаются по сравнению с плоскими поверхностями).

Спектральный диапазон

Тут подразумевается длина волн, которые способен обработать прибор. Коротковолновая (3-5 мкм) техника оснащается кремниевыми объективами линзового типа. Для охлаждения используется либо жидкий азот, либо термоэлектрический эффект. В длинноволновую категорию попадают модели, рассчитанные на обработку лучей от 8 до 14 мкм. Объективы делаются из германия, и именно такие приспособления используются в профессиональном сегменте.

Как устроен тепловизор?

Это устройство способно давать точные и быстрые результаты, которые можно увидеть уже непосредственно на экране. Так как устроен тепловизор и по какому принципу он работает?

Тепловизор работает по принципу бесконтактного замера. Он реагирует на инфракрасное излучение объектов. Такое ИК излучение есть у всех предметов, чья температура выше абсолютного нуля. И поэтому чем предмет теплее, тем больше будет его излучение. Прибор же регистрирует эти излучения и выводит их на дисплей. Так в общих словах можно описать как работает тепловизор.

Если же разбирать устройство тепловизора более подробно, то его можно сравнить со сканером, ориентирующимся на электромагнитные реакции объектов. Матричный приемник ИК излучения является основным элементом прибора. После фиксации сигнала он переводится в электронный и затем передается на дисплей в виде электронного изображения. Такое изображение называется термограмма. Это изображение содержит в себе обработанные данные об инфракрасном излучении всех предметов. Визуально оно представлено в виде изображения с различными градациями цвета. Этот цвет и обозначает интенсивность излучения. Эксперт уже может просто взглянув на дисплей определить приблизительно проблемы и дефекты здания.

В зависимости от области применения уже существуют различные виды тепловизоров со своими особенностями. Иногда от модели зависит и на какое расстояние работает тепловизор. В нашей независимой лаборатории мы используем профессиональные измерительные приборы, которые проходят все необходимые проверки и настройки для того, чтобы давать только точные результаты.

Как выбрать тепловизор?

С момента выхода на рынок, тепловизоры действительно стали более доступными, в том числе это можно считать заслугой одного из наиболее популярных производителей оптических и оптико-электрических приборов Pulsar. Однако даже сейчас покупка тепловизора является серьезным финансовым вложением, и это действительно обязывает подойти к выбору вашего первого тепловизора серьезно.

Первое, что необходимо сделать – определить задачи, для решения которых вам необходим тепловизор, и сферу использования, в которой вы собираетесь применять тепловизор. И, конечно, определить бюджет, который вы собираетесь потратить на покупку устройства (цена полностью зависит от функциональности гаджета).

Основные характеристики тепловизоров

К базовым характеристикам тепловизора относятся:

• Расширение;
• Угол поля зрения;
• Температурный диапазон;
• Термочувствительность;
• Частота обновления кадров;
• Время автономной работы.

Поговорим подробнее о каждом компоненте.

Расширение тепловизора – это один из основных параметров тепловизора, так как расширение матрицы устройства говорит о количестве тепловых точек, которое будет отображено на дисплее прибора. Так, чем больше будет расширение матрицы и, соответственно, больше тепловых точек, тем более точным будет конечное изображение.

Угол поля зрения – характеристика, которая фиксирует поле наблюдения

Обращайте внимание на этот показатель, если для вас важно более подробное изучение объектов

Термочувствительность – это характеристика тепловизора, которая показывает чувствительность прибора к определению температур. Наивысшей характеристикой считается <30 мК, высокой <60 мК, средней <80 мК.

Частота обновления кадров – характеристика тепловизора, которая говорит о том, с какой частотой будет проходить смена кадров на дисплее вашего измерительного устройства

Обратите внимание на то, что, если у вас нет необходимости в динамичном наблюдении, вы можете выбрать прибор с минимальной частотой обновления кадров, сэкономив часть вашего бюджета

Время автономной работы – если вам необходим тепловизор с длительным временем автономной работы, тогда обязательно обратите внимание на этот пункт. Для примера, в среднем тепловизионный бинокль работает без дополнительной подзарядки около 5 часов

Критерий Джонсона: понятие и значение

Тепловизионные устройства производят специфическую фиксацию объекта, но полная его идентификация невозможна. На практике это означает следующее:

• проникшего на охраняемый периметр злоумышленника легко засечь;
• участки открытого тела будут на экране ярче, а прикрытые одеждой –бледнее;
• опознать его для составления фоторобота и дальнейших поисков, заметить отличительные приметы не удастся. Но такие задачи сможет выполнить обычная камера.

Для оценки эффективности работы тепловизионной камеры используют специальный параметр, известный как критерий Джонсона. Основные показатели приведены в таблице 2:

Таблица 2 – Перечень основных задач для тепловизоров и их решение

Если необходимо повысить степень вероятности обнаружения объекта, среднестатистические данные умножают на коэффициент пересчета. Расчеты условны, но они повышают точность прогнозирования работы тепловизионного устройства.

Тепловизор или пирометр

С вышеизложенными проблемами сталкиваются все мастера, но как правило не вводят в курс дела заказчиков. В итоге, в 90% случаев на разных объектах получается одна и та же тепловизионная картинка.

У вас есть окна и фундамент. Где-то в районе фундамента и окон температура будет немного выше, причем всегда.

А вам то какой толк от этого? Если это изначально было понятно и без тепловизора. Тепловизор прибор оптический. Он не видит что творится внутри ваших ограждающих конструкций.

Вы можете купить хороший качественный пирометр и самостоятельно провести такое же тепловизионное обследование, с той лишь разницей, что у вас не будет видеоэкрана.

На экране у вас есть стена, где можно передвигать точки измерения и визуально выбирать то место, которое вас интересует.

Для того, чтобы сделать то же самое при помощи пирометра, придется нарисовать эту же стену на листке бумаги и прострелять точки вручную. После чего, перенести температуру на рисунок.

Разница между пирометром за 10-15 тыс. рублей и тепловизором за 500 тысяч заключается только в том, что во втором случае не нужно ничего рисовать.

Поэтому задумайтесь, может и нет никакого смысла покупать такой дорогостоящий прибор для подобных обследований.

В чем особенность тепловизоров Pulsar

Чем лучше тепловизор, тем точнее его показания

На данный момент представлены следующие модельные ряды тепловизоров Pulsar:

• Helion (обновленный ряд – Helion 2);
• Axion (приборы Axion XM30S и Axion Key).

Качественный материал корпуса, легкий вес устройств, интеграция с мобильными устройствами, мягкое изображение, наличие встроенного видеорекордера, водонепроницаемость, максимально удобный в работе режим «картинка в картинке» – это только малая часть того, что предлагают современные тепловизоры Pulsar.

Если принцип работы и основные характеристики современных тепловизоров после прочтения этой статьи вам кажутся уже понятными, советуем вам посетить сайт PulsarNV, чтобы выбрать конкретный прибор, который подходит вашим задачам и сфере использования. Если у вас все еще есть вопросы технического характера, вы всегда можете обратиться за консультацией к представителю Pulsar, который с удовольствием поможет определиться с выбором вашего первого тепловизора.