Тепловизор: что это?

Контролировать, как распределяется температура по поверхности разных объектов, способен специальный аппарат, называемый тепловизором. Такой прибор оборудован дисплеем для отображения поверхностей, которые выбраны для исследования. Это устройство показывает на экране разноцветные зоны. У определенного уровня температуры будет свое цветовое решение.

Тепловизоры: для чего нужны и принципы их работы

Приборы, позволяющие осуществлять контроль над распределением температуры, применяют:

• в медицинской сфере – для выявления разных заболеваний, включая образования злокачественного характера;
• в ветеринарной области – для контроля состояния животных;
• в машиностроительной, металлургической области, где необходимо проводить контроль рабочих процессов термического плана;
• в ЖКХ – для контроля состояния жилья, нахождения повреждений водопроводной системы, определения степени износа зданий;
• в строительстве – для нахождения мест потерь тепла в сооружениях, при оценке работы отопительных систем;
• спасатели – для ведения поисковых работ;
• пожарные – для поиска мест очагов воспламенения, горения;
• военные – при недостаточной видимости для распознания врага, в прицельных системах (усовершенствованные виды устройств).

Любое нагретое тело или предмет излучает тепло. Принцип действия тепловизорной аппаратуры основывается на приемке теплового потока инфракрасного спектра. Приборы с помощью оптики улавливают излучаемое тепло и направляют на принимающий преобразователь сигнала. Таким образом, из визуального аналогового сигнала получается электрический сигнал. Обычно это проявляется изменением напряжения либо сопротивления в принимающем устройстве. Электроника преобразовывает сигнал в картинку. Такие спектральные картинки и видны на дисплеях. Иначе говоря, благодаря тепловизорам человек может видеть инфракрасное светоизлучение, не воспринимаемое при обычных условиях невооруженным глазом.

Изображения объектов в цвете (спектральные) позволяют дать оценку тому, как распределяется температура по их частям. Яркими цветами (оранжевым, красным и т. п.) выделяются зоны с высокой температурой, темными (синим и т. д.) – участки с низкой.

Лазерный тепловизор: виды, стоимость

Данные приборы по выполнению своего функционала бывают:

• наблюдательными – выводящими на дисплей картину излучения тепла, преобразующими его в видимый спектр света;
• измерительными – работающими аналогично предыдущему виду с дополнительным присваиванием температурных значений сигнальным точкам света, поэтому можно дать оценку температурному распределению обследуемого места;
• визуальными – устройствами, дающими возможность контролировать зоны с отклонениями температуры от нормы.

В зависимости от исполнения выделяют:

• переносные (мобильные) модели небольших размеров с удобным держателем для перемещения, ношения;
• стационарные модели со значительными габаритными размерами или те, что устанавливаются на разное оборудование либо выступают составляющей частью оптических приборов.

В зависимости от назначения:

• строительные – призваны искать потери тепла в сооружениях, зданиях (до 350 °С), цена стартует от 50 000 рублей;
• охотничьи – модели с дальномерами в виде ручного или нашлемного монокуляра для наблюдения; используются работниками охранных агентств. Стоят обычно больше 40 000 рублей;
• прицельные приборы, бинокли – стоимость стартует от 200 000 рублей;
• промышленного типа – такими высокоточными моделями с чувствительными инфракрасными датчиками и полноцветными экранами больших размеров пользуются обычно на крупных предприятиях, чтобы контролировать температурные показатели технологического оборудования. Некоторыми моделями может измеряться температура больше 1000 °С. Модель высокого качества может стоить дороже миллиона рублей;
• армейские – применяются военными для поиска и обнаружения дислокации вражеских сил в темное время суток, в условиях плохой видимости. Цены стартуют от 150 000 рублей;
• медицинские – помогают обнаруживать дефекты, опухоли. Обычно это стационарные модели, которые передают изображения на компьютер. Цена – от полумиллиона рублей;
• бытовые – модели для домашних потребностей, их конструкция проста. Минимальная цена – 20 000 рублей. Представителями этого типа можно считать мобильные (мини) тепловизоры:они имеют небольшие размеры, их можно подключать к смартфонам, для вывода изображения используют телефонные экраны, питание, программное обеспечение.

Не стоит путать лазерный тепловизор и пирометр с наличием лазерного указателя цели. Это разные вещи. Пирометр является бесконтактным термометром, которым измеряется температура объектов, тела. На его дисплее отображается температурный показатель выбранного места, точки.

Устройство и ключевые характеристики

Конструкция тепловизоров (большинства моделей) следующая:

• корпусная часть с кнопками или другими элементами для управления;
• объектив, защищенный крышкой, с устройством для фокусирования (обычно напоминает вращающееся кольцо фотоаппарата);
• датчик (матрица);
• экран;
• электроника, программное обеспечение;
• память (встроенная);
• охлаждающая датчик система (есть в высокочувствительных моделях).

Среди характеристик выделяют:

• обзорную дальность и угловое разрешение;
• матричные параметры: разрешающую способность, температурный порог, степень точности, уровень четкости картинки;
• функциональные особенности: подсвечивание экрана, лазерный указатель, масштабирование цифровое, встроенную память (наличие, объем), возможность передачи информации на ПК.

Эти приборы подлежат государственной стандартизации. Методика проверки – ГОСТ Р 8.619–2006, соответствие медицинских тепловизоров техническим требованиям – ГОСТ 53466-2009.

Материалы

Для изготовления корпусной части большинства тепловизорных аппаратов применяют ударопрочный тип пластика. Для удобства держания корпус оснащают резиновыми накладками, как правило, качественные модели защищены от попадания влаги, а также от негативного влияния окружающей среды.

Германий с тонкопленочным покрытием, которое оптимизирует проникновение света, служит материалом для большей части объективов тепловизоров. Рабочий диапазон длины волн таких линз составляет от 3 до 5, от 8 до 14 микрон. Поскольку оптическое стекло не способно пропускать потоки инфракрасного излучения в нужном диапазоне, то его нельзя использовать для тепловизорной аппаратуры.

Важно помнить и учитывать, что прозрачность германия снижается при повышении температур. Если повысить ее до 100 градусов, то прозрачность снизится в 2 раза.

Вес и габариты

Размер тепловизора, как и его вес, зависит от вида, характеристик, наличия дополнительных функций. Простейший прибор переносного типа по размеру похож на фотоаппарат, весит в пределах 0,5–2,0 кг.

Защита

Качественный тепловизор обычно имеет защиту корпуса от воздействия негативных факторов. Класс защиты определяют международные стандарты. Обозначается он IP и двумя цифрами, первая из которых свидетельствует о степени защищенности от посторонних веществ (например, от пыли), может быть от 0 до 6. Вторая цифра (0–9) обозначает влагостойкость.

Разрешение

Разрешающей способностью датчика обусловлены качество, детализация изображения. Бывает разрешение:

• базовое (максимум 160 х 120 пикселей);

• профессиональное (от 160 х 120 до 640 х 480);

• экспертное (выше 640 х 480).

Калибрование, поверка, неточность измерений

Тепловизорные аппараты по метрологическим стандартам обязаны проверяться не реже одного раза в год на работоспособность.

При поверке:

• Осматривают корпус на наличие повреждений и проверяют, как работает прибор в каждом режиме.
• Замеряют угловое разрешение.
• Проверяют диапазон рабочих температур.
• Измеряют максимальную температурную чувствительность, ее неравномерность по полю.
• Определяют сходность получаемых результатов.

Кроме того, такие аппараты необходимо периодически калибровать. В современных моделях есть специальные шторки, которые закрывают матрицы. Калибрование проводится по известным температурным показателям.

Современная матрица представляет собой терморезистор с высоким разрешением (до сотых градуса).

Погрешность, вероятность ошибки при измерении в обязательном порядке указывают в технических характеристиках тепловизорной аппаратуры. Этот показатель обычно составляет 2 % либо 2 градуса.

Что стоит учесть при выборе?

Выбирая такое устройство, стоит обращать внимание на следующее:

• на какой диапазон температуры рассчитана модель (например, в быту можно пользоваться вариантом с границами 0 °С и 350 °С);
• какая разрешающая способность у инфракрасного датчика (от этого зависит четкость и детализация картинки на экране);
• насколько модель термочувствительна (более точным является тепловизор с низким уровнем);
• насколько изделие защищено и в каких условиях может работать (для бытового использования подходящими считаются модели для применения в температурном диапазоне от -20 °С до 50 °С и условиях до 95 % влажности);
• каков дополнительный набор функций (подсвечивание экрана, наличие цифровой камеры, лазерного указателя цели, компаса и т. п.);
• идут ли в комплекте к модели дополнительные объективы (широкоугольный тип применим при исследовании длинных объектов, а телескопический позволяет получить отчетливые картинки с больших расстояний);
• насколько эргономичен дизайн и как хранятся данные (обычно выбирают модели, способные сохранять изображения в формате JPEG и отображать результат по температуре).

Не стоит забывать при выборе модели о способе отображения информации на экране. Возможны следующие режимы:

• полноэкранной ИК картинки (обозначается Full IR);
• одна картинка в другой (на английском – Picture-in-Picture), в этом случае фото окружено тепловой тенью;
• с наложенными слоями тепловой картинки и обыкновенного фото (Alpha Blending);
• изображения выглядят так же, как на снимках обычной фотоаппаратуры, но зоны с показателями температуры, превышающей исследуемые пределы, подсвечиваются соответственным цветом (IR/Visible Alarm);
• обычной фотографии (Full Visible Light).

Важно

Нужно помнить, что хороший аппарат, способный удовлетворять даже незначительные запросы потребителя, стоит недешево. Если в попытке экономии вы приобретаете для использования дешевое устройство, например китайского производства, в пределах стоимости от 10 до 13 тыс. рублей, то не стоит ожидать от него многого. Вас не порадует качество самой модели и получаемой на дисплее картинки. Это можно легко объяснить тем, что датчики в дешевых моделях тепловизоров зачастую обладают низкой разрешительной способностью. Поэтому в результате мы и получаем нечеткое, размытое разноцветное изображение. Что касается остальных характеристик, то они тоже не соответствуют нормам. Однако есть редкие исключения, когда такие недорогие модели неплохо справляются со своими задачами, и о них есть хорошие отзывы покупателей.

Рекомендуется выбирать тепловизионную аппаратуру надежных, проверенных временем производителей. К таким можно отнести:

• ТЕСТО
• ФЛИР;
• ПЕРГАМ;
• ФЛУКЕ;
• ОПГАЛ;