Принцип работы тепловизора

Тепловизор — прибор, предназначенный для определения температуры объектов и ее распределения по поверхности. Принцип работы устройства основан на способности улавливать инфракрасное излучение и преобразовывать его в цифровой сигнал, с помощью которого на экран выводится изображение с распределением температурных зон.

Тепловизоры получили широкое распространение в строительной отрасли, в медицине. Их используют охотники, представители служб безопасности, военные и не только. Рассмотрим подробнее, как работает тепловизор и из каких компонентов он состоит.

Что такое тепловизор

Тепловизор — измерительный прибор, с помощью которого можно определить температурный уровень объекта и выявить участки с повышенной температурой. Ключевыми компонентами прибора являются объектив с высоким разрешением, чувствительная матрица для преобразования инфракрасного излучения в электрический сигнал, процессор для обработки поступающих данных и дисплея, на который выводится полученное изображение.

Термографическое изображение объекта выглядит следующим образом:

Источник: bbrc.ru

В зависимости от размера и способа установки выделяют несколько групп тепловизоров:

• стационарные. Они предназначены для постоянного наблюдения за излучающим тепло объектом, например, за промышленным оборудованием;
• портативные. Их можно носить с собой при обследовании зданий, коммуникаций, при решении различных задач в гражданской и военной сфере;
• для смартфонов. Компактные устройства подключаются к смартфонам с помощью специального приложения и выводят собранную информацию на экран гаджета. Это дает возможность быстро провести выездное исследование объекта.

Принцип работы тепловизора

Принцип работы тепловизора основан на инфракрасном излучении, которое исходит от любых объектов, генерирующих тепловую энергию. Человеческий глаз не воспринимает инфракрасный поток, поэтому необходимо специальное устройство, способное перевести его в видимый спектр.

Для улавливания инфракрасного излучения тепловизоры оснащаются специальными датчиками — болометрами. Они состоят из сетки тонкопленочных терморезисторов, из которых собирается чувствительная матрица. Сфокусированное излучение попадает на детектор, сканируется и превращается в термограмму — подробную температурную картину, на которой видны участки с более высокой и более низкой температурой.

С помощью процессора термограмма обрабатывается и переводится в электрические импульсы, из которых формируется воспринимаемое человеком изображение. Оно выводится на экран и позволяет получить требуемые данные о температуре объекта. Болометры и микроболометры способны «видеть» ночью, улавливать тепловое излучение через дымовую завесу, туман, густую растительность. Это сохраняет эффективность тепловизионных систем в любых условиях.

Термальное наблюдение можно вести без дополнительного источника света — не требуется инфракрасная подсветка. Это помогает предотвратить негативное влияние на природу при ведении ночной съемки, а также позволяет избежать демаскировки бойцов при использовании тепловизоров в военных целях.

Устройство тепловизора

Устройство тепловизора включает в себя следующие ключевые компоненты:

• линзы, изготовленные из германия. Это вещество используется для сборки объективов, так как обычное стекло непроницаемо для инфракрасного излучения. Германий же оптимально пропускает излучение с длиной волны от 8 до 12 мкм, что полностью соответствует стандартному диапазону современных портативных тепловизоров. Хотя германий стоит очень дорого, пока что не удалось найти полноценную альтернативу;
• матрица. Ее задача — улавливание теплового излучения и определение разницы температур для построения термограммы. Тепловизор показывает не температуру саму по себе: он определяет разницу между температурой объекта и окружающего фона, что позволяет распознавать более теплые и более холодные объекты;
• процессор. Задача процессора — обработка собранных данных и их преобразование в электрические сигналы, на основании которых формируется видимое человеку изображение. Процессор работает очень быстро: на преобразование полученного сигнала уходят доли секунды, что дает возможность вести тепловизионную съемку в реальном времени;
• дисплей. Преобразованный сигнал формирует изображение, которое отображается на экране. Наиболее распространенные варианты разрешения — 320x240 и 640x480 пикселей, хотя есть матрицы, способные выдавать и более детализированное изображение. Хотя разрешение дисплея тепловизоров значительно меньше, чем у современных фотоаппаратов, прибор все равно дает возможность четко различить границы теплых и холодных участков картинки.

Общий принцип работы тепловизора можно представить в виде следующей схемы:

Источник: m-focus.ru

Типы и основные характеристики

В зависимости от типа используемой матрицы тепловизоры можно разделить на охлаждаемые и неохлаждаемые. Первый тип обладает более высокой чувствительностью и большей точностью при построении термограммы. Однако тепловизоры с охлаждаемыми детекторами стоят намного дороже. Из-за системы охлаждения они имеют более массивные габариты и большой вес, поэтому лучше подходят для стационарного наблюдения.

Тепловизоры с неохлаждаемыми детекторами менее точны и чувствительны, зато они имеют более компактные размеры. Такие портативные устройства удобны для работы в выездных условиях. Они получили широкое применение в строительстве и во многих других отраслях.

В зависимости от назначения тепловизоры можно поделить на несколько групп:

• бытовые. Это компактные устройства, используемые для решения простых задач — например, для обследования домов с целью выявления утечек тепла. Они рассчитаны на выездные условиях использования, оснащаются блоками питания для продолжительной автономной работы. Ключевое преимущество — невысокая стоимость, недостаток — относительно невысокая точность;
• промышленные. Это стационарные устройства, используемые для обследования оборудования на предприятиях. С их помощью можно вовремя выявить превышение допустимых температурных значений и принять меры для предотвращения аварии;
• военные. С помощью таких устройств можно обнаруживать присутствие противника на территории, выслеживать диверсантов, проводить разведку и решать множество других задач;
• медицинские. Их назначение — выявление людей с повышенной температурой тела. Компактные мобильные тепловизоры активно использовались в период пандемии для температурного контроля и оперативного выявления заболевших.

Подходящие продукты

Промышленный тепловизор KS T-ZT

— Разрешение до 1280×1024
— Измерение до +2000 °С
— Интеграция АСУ
— Открытый SDK
— Защита IP66/68
— Защитный кожух (нержавеющая сталь)
— Реестр СИ

Сравнить

Заказать

Измерительный тепловизор KS UR-384 Bullet

- Разрешение до 384x288
- Измерение до +2000 ⁰С
- Точность ±2⁰ или 2%
- Частота кадров 50Гц
- Объективы 2,9мм
- Ethernet(RJ-45), RS485
- Класс защиты IP66

Сравнить

Заказать

Тепловизор через пламя KS UR–320Flame

- Разрешение 320х240
- Длина волны 3.7~3.9μm
- Измерение 300...+1600 ⁰С
- Точность 2%
- Частота кадров 50Гц
- Объектив 28⁰

Сравнить

Заказать

Измерительный тепловизор KS M-R640 Dome

- Разрешение 640x480
- Измерение от -20° ~+1600°
- Точность ±2⁰
- Частота кадров 50Гц
- Ethernet, Rj45
- Класс защиты IP66

Сравнить

Заказать

Измерительный тепловизор KS UR-RM 160

- Разрешение 160х120
- Измерение -20...+150 ⁰С
- Точность 2⁰ или 2%
- Частота кадров 25Гц
- Gig Ethernet, RS485, ONVIF
- Класс защиты IP54

Сравнить

Заказать

Ручной тепловизор Tianbo H60

— Разрешение 640×480
— Чувствительность 30 мК
— Частота 50 Гц
— Объектив 48° / 24° / 12° / 7°
— Измерение -20 ... +2000 °C
— Видеокамера 5 Мп
— Дисплей 5" тачскрин
— Реестр СИ

Сравнить

Заказать

SWIR камера KS UR640SW

- Разрешение 640x512
- Длина волны 900~1700nm
- Размер пикселя 5мкм
- Частота кадров 50/180Гц
- Глобальный затвор
- Объективы C-mount

Сравнить

Заказать

Преимущества и недостатки

Ключевые преимущества тепловизионных систем — высокая точность наблюдений и возможность использования при любых погодных условиях. Такие приборы полностью безопасны и для наблюдателя, и для исследуемого объекта, анализ температуры проводится бесконтактным способом.

К минусам тепловизоров можно отнести достаточно высокую стоимость из-за дорогих компонентов, а также ограничения при использовании в условиях сильного дождя или снега. Точность исследований во многом зависит от параметров прибора: наиболее дорогие модели позволяют вести съемку с высоким разрешением, погрешность не превышает десятых долей градуса.

Сферы применения тепловизоров

Тепловизоры приобретают все более широкое применение во многих сферах:

• в строительстве они активно используются для поиска утечек тепла. С их помощью можно выявлять дефекты утепления, обнаруживать места напрасной потери тепловой энергии. Такие приборы можно использовать при обследовании теплотрасс, стен, перекрытий, оконных проемов и не только;
• в медицине их используют для оперативного выявления инфекционных заболеваний, сопровождающихся повышением температуры тела;
• в сфере безопасности их применяют для обнаружения постороннего проникновения на охраняемые объекты. Тепловизор может вести автономную съемку даже в полной темноте;
• в промышленности приборы используются для мониторинга оборудования, предотвращения его перегрева и других аварийных ситуаций.

Тепловизионные камеры позволяют получить четкое изображение объектов, излучающих тепло. Они способны работать в широком температурном диапазоне, обрабатывают сигнал в минимальные промежутки времени, успешно справляются с различными задачами. С каждым годом такие системы становятся все более компактными и высокоточными.