Termiske kameradesign og driftsprinsipp. Termiske bilder - termisk bildebehandling. Avkjølte og ikke-kjølte termiske kameraer

Termiske kameraer blir stadig mer utbredt i ulike bransjer og husholdninger. Prinsippet for drift av termiske bildeenheter er omtrent klart fra navnet - de "ser" varme (visio på latin "å se").

Fysisk operasjonsprinsipp

Fra et fysikksynspunkt bruker et termisk kamera effekten av infrarød stråling i området 0,75 - 100 mikron. Kilden til slik stråling er ethvert objekt hvis temperatur er over absolutt null (-273 grader). Dessuten endres fargen på infrarød stråling avhengig av bølgelengden på nøyaktig samme måte som i den delen av spekteret som er synlig for det menneskelige øyet.

Enhet og hoveddeler

Ethvert termisk kamera består av tre hovedkomponenter. Linsen fokuserer infrarød stråling på en mottaker, ofte kalt en matrise. Signalet blir deretter forsterket og sendt til skjermen. Den dyreste komponenten i et termisk kamera er matrisen. Den er laget av legeringer av sjeldne metaller som indium, kadmium eller tellur. Moderne matriser lar deg legge merke til temperaturforskjeller på hundredeler av en grad. Termokameralinsen ligner i utseende på en fotografisk linse, men er ikke laget av glass - den overfører ikke infrarøde stråler. Opprinnelig ble de laget av germanium, men på grunn av den høye kostnaden ble dette stoffet gradvis erstattet av billigere kalkogenidglass og sinkselenid. Signalet som genereres av matrisen, overføres til en skjermenhet, som visuelt viser styrken til infrarød stråling av deler av objektet som studeres.

Moderne termiske kameraer kombineres ofte med et konvensjonelt videokamera for å utvide rekkevidden til det observerte spekteret. I tillegg kan enheten utstyres med opptaksverktøy og en mikroprosessor som lar deg analysere det resulterende bildet. Det finnes også eksempler på videokameraer som opererer i det infrarøde området og viser bilder på en vanlig dataskjerm.

Typer termiske kameraer

Utformingen av termiske kameraer avhenger av formålet de brukes til. Det er stasjonære og bærbare enheter. De første brukes i store bedrifter og medisinske sentre. Sistnevnte er populære blant byggherrer, transportarbeidere, innen kommunikasjon og i den militære sfæren.

Basert på type kjøling deles termiske kameraer inn i ukjølte og avkjølte. Ukjølte termiske kameraer er billigere og mer mobile, men opererer på lengre bølgelengder og har lavere oppløsning. En annen fordel er at de fungerer med lange bølger - ukjølte termiske kameraer er praktisk talt ufølsomme for interferens i form av damp, støv eller røyk.

Avkjølte enheter er mye dyrere. Deres ulemper inkluderer også høyt strømforbruk og en ganske lav levetid - termiske kameraer avkjølt (vanligvis med flytende nitrogen) svikter relativt raskt. Men de lar deg studere objekter med høy oppløsning og på lange avstander - noen enheter opererer i en avstand på 10 kilometer.

applikasjon

Etter hvert som termiske kameraer forbedres og blir billigere, utvides anvendelsesområdet. Leger bruker dem for diagnose. Termiske kameraer lar energiingeniører sjekke tilstedeværelsen av lekkasjer og temperaturen på nettverk. Byggere og metallurger bruker termiske bildeenheter for å sjekke integriteten til strukturer. Militære termiske kameraer er mye brukt. Først ble de installert på tungt utstyr, men etter hvert kom det til individuelle severdigheter. En termisk nattsynsenhet er mer effektiv enn en vanlig - den er ikke opplyst av blits eller en sterk lyskilde. Endelig kan brannmenn og redningsmenn som bruker termiske kameraer bedre navigere i røyk og støv, og raskere oppdage folk under steinsprut.

I dag har sannsynligvis alle hørt om en slik enhet som en termisk kamera. Unntaket vil kanskje være små barn. En annen ting er at det ikke er så mange av de som så denne enheten "live", og enda mer av de som holdt den i hendene. Men det er også de som ikke bare beholdt, men skapte sin egen "hjemme"-versjon av et termisk kamera. Uansett hvilken kategori du tilhører, vil artikkelen vår uansett være interessant for deg. Den uinnvidde vil være i stand til å forstå driftsprinsippet til en termisk kamera, og erfarne og ess vil kunne oppdage nye muligheter for seg selv. Men la oss snakke om alt i rekkefølge.

Termokameraet, som er en enhet for måling av overflatetemperaturer ved hjelp av en berøringsfri metode, kan gjøre livet betydelig enklere for representanter for mange yrker. Opprinnelig oppfunnet for militære formål, er denne ganske komplekse og kostbare enheten i dag med suksess brukt i de fleste områder av menneskelig aktivitet. For eksempel i industrien - for å overvåke termiske endringer under teknologiske prosesser; i medisin - for diagnostisering av sykdommer; når du jakter på fugler og dyr; i konstruksjon - for å bestemme områder med varmelekkasje eller omvendt steder å legge rør. Og dette er ikke en fullstendig track record for denne enheten.

Typer enheter

Termokameraet er en så populær og multifunksjonell enhet at den har to teknologiske designalternativer:

Stasjonær. Enheter i denne kategorien er beregnet for bruk i industribedrifter for å overvåke teknologiske prosesser. Et nitrogenkjølesystem er en ganske vanlig enhet som er utstyrt med en slik termisk kamera. Driftstemperaturegenskapene er veldig imponerende: fra -40 til +2000 °C. Disse systemene er vanligvis basert på enheter satt sammen på matriser av halvlederfotodetektorer.

Bærbar (bærbar). Innovativ utvikling har gjort det mulig å gå bort fra bruken av voluminøs kjøleutstyr, og gå over til produksjon av termiske kameraer basert på ukjølte silisiummikrobolometre. Slike enheter har alle fordelene til sine forgjengere, som for eksempel inkluderer et lite temperaturtrinn under måling (0,1 °C). Det er også mulig å bruke et termisk kamera av denne klassen for komplekst vurderingsarbeid som krever både brukervennlighet og portabilitet av enheten. Mange bærbare termiske kameraer har muligheten til å koble til en PC for rask behandling av data fra dem.

Bruken av et termisk kamera i et bestemt område setter visse avtrykk på de nødvendige driftsegenskapene til denne enheten. Derfor, før du kjøper denne enheten, bør du vurdere forholdene som den skal brukes under. Instruksjonene vil hjelpe med dette. Et termokamera som er kjøpt uten god kjennskap til bruksanvisningen passer kanskje ikke i det hele tatt til dine behov.For eksempel må termokameraer som brukes til jakt ha et slagfast lettmetallhus med et beskyttelsesnivå på minst IP54.

Det er ønskelig at det er en monoblokk-design med indikasjon på søkeren og LCD-skjermen. Og den synlige rekkevidden av jaktvarmekameraer bør nå 1500 m, mens det i byggebransjen ikke stilles slike krav til varmekameraer.

Driftsprinsipp for et termisk kamera

Driften av et termisk kamera er basert på evnen til ethvert objekt til å generere termisk stråling (IR-stråling), hvis intensitet direkte avhenger av temperaturen til objektet. Termokameraet oppdager infrarøde stråler på lange avstander, og konverterer dem til en form som er praktisk for menneskelig oppfatning. Forskjellen i termisk stråling av forskjellige objekter lar deg se relieffer i mørket, samt kalde eller varme strømmer. I dette tilfellet er områdene med høyest temperatur angitt i rødt, og områder med lav temperatur er angitt i svart eller blått.

Du bør forstå den grunnleggende forskjellen mellom enheter som et termisk kamera og en nattsynsenhet. Forskjellen er deres evne til å se i mørket. Et termisk kamera overfører objektenes egen infrarøde stråling, mens en nattsynsenhet sender reflektert og forsterket strålingsbelysning fra andre objekter. Det vil si at det er mulig å utføre funksjonene til en nattsynsenhet med en termisk kamera, men å konstruere et varmekart ved hjelp av en nattsynsenhet er det ikke.

Driftsalgoritmen til termokameraet består av tre trinn:

Fiksering av IR-stråling.
Konverter det til temperaturverdier.
Dannelse av et termogram - et termisk bilde av et objekt som viser temperaturfordelingen på overflatene til objekter.

Dessuten skjer disse handlingene umiddelbart.

Til tross for det ganske komplekse driftsprinsippet til en termisk kamera, er ikke utformingen av den bærbare enheten for tungvint.

Det bør imidlertid tas i betraktning at for tilstrekkelig klarhet av bildet på skjermen, kreves spesiell optikk som inneholder en blanding av germanium. Det er nettopp dette som dikterer de høye kostnadene for profesjonelle enheter. Kostnadene deres beløper seg til tusenvis og noen ganger titusenvis av dollar. Enig, beløpet er ikke lite.

De enorme egenskapene til termiske kameraer har lenge inspirert mange unge mennesker til ideen om å sette sammen denne enheten med egne hender. Og heldigvis er det måter å lage et termisk kamera med egne hender på og unngå slike betydelige utgifter. Selvfølgelig, hvis enheten ikke er ment å brukes til profesjonelle formål.

Vi presenterer tre alternativer for å implementere et termisk kamera hjemme nedenfor - velg hvilken du liker best. Og sensorer for termiske kameraer og andre elementer i enheten kan kjøpes ferdige.

Alternativ nr. 1. Gjør-det-selv varmekamera fra kamera

Denne metoden er basert på det faktum at i utgangspunktet fanger matrisene til alle kameraer perfekt infrarød stråling, som faktisk er nødvendig for driften av et termisk bilde. En annen ting er at produsenter av fotoutstyr sørger for at enhetene ser det samme som det menneskelige øyet. For å gjøre dette er et spesielt filter plassert foran matrisen, som absorberer eller reflekterer nesten all IR-stråling - et "termisk speil", eller varmt speil. Takket være dette filteret blir matrisefølsomhetskurven lik følsomhetskurven til det menneskelige øyet. Derfor er det enkelt å lage et termisk kamera med egne hender fra et kamera; du trenger bare å utføre to trinn - fjern termofiltrene fra kameraet, og installer et synlig spektrumfilter i stedet. Men som praksis viser, er sistnevnte ikke alltid nødvendig.

Anvendelsesområde for et hjemmelaget termisk kamera

Er det mulig å bruke et termisk kamera laget på denne måten for hjemmebehov? Ganske. Ville et slikt varmekamera være egnet for konstruksjon eller for eksempel jakt? Ganske mulig. I alle fall vil elskere av friluftsliv definitivt like denne enheten. Med dens hjelp kan du kontrollere tilnærmingen av dyr til leiren din om natten, samt søke etter tapte gruppemedlemmer i tåke eller støvskyer.

Hvis du har et unødvendig DSLR, rundt $40 for et IR-filter, og ønsket om og evnen til å demontere kameraet, så er dette alternativet absolutt verdt å prøve.

Alternativ nr. 2. Gjør-det-selv termokamera med et infrarødt termometer og et Arduino-kort

Ideen med denne metoden er veldig enkel. For å lage et termisk kamera med egne hender, trenger du et billig infrarødt termometer - dette er en enhet som kan måle temperaturen på et spesifikt punkt i rommet på kort avstand, og et Arduino-brett, som vi kobler det til RGB LED-ene fra en lommelykt.

Arduino-kortet er et programvare- og maskinvareverktøy designet for ikke-profesjonelle brukere for å bygge enkle systemer innen automatisering og robotikk.

La oss programmere systemet slik at lampelyset skifter forskjellige farger avhengig av termometeravlesningene. La oss gjøre det tradisjonelt slik at høye temperaturer tilsvarer rødt, og lave temperaturer tilsvarer blått. Ved å rette en lommelykt med et innebygd termometer mot et hvilket som helst objekt, lyser vi derfor automatisk opp dette objektet med riktig farge, avhengig av temperaturen. Hvis du legger til et kamera til dette settet, vil du ikke bare kunne se temperaturen på overflatene til objektene rundt deg i farger, men du vil også få bilder som ikke er dårligere enn de som selv de dyreste termokameraene kan se.

Hvor kan et slikt termisk kamera brukes?

Selvfølgelig er slike enheter ikke det samme som termiske kameraer for jakt. Det er vanskelig å lage en kraftig enhet med egne hender. Men det presenterte alternativet kan godt være nyttig for hjemmebehov, spesielt siden kostnadene for dette hjemmelagde designet ikke overstiger $50.

Alternativ nr. 3. Forbedret hjemmelaget termisk kamera for fotografering av statiske objekter

Utviklingen skylder sin fødsel til to tyske studenter, Max Ritter og Mark Cole. Disse unge innbyggerne i Mindelheim oppfant en enhet som var ganske enkel å produsere og mottok en pris for den i 2010 på et vitenskaps- og teknologiforum.

Enheten består av to servoer (for horisontal og vertikal bevegelse), en Arduino-kontroller (ansvarlig for signalbehandling og dataoverføring til PC-en), en berøringsfri temperatursensormodul (for eksempel MLX90614-BCI), en lasermodul eller laserpeker (vil indikere skanneområdet), hus og webkameraer. Du trenger også to 4,7 kOhm motstander og et stativ.

Kameraet spiller rollen som en slags søker av skanneområdet, så vel som kilden til det originale bildet; et hvilket som helst billig webkamera kan takle denne rollen (jo mindre det er, jo bedre).

Dataene generert av sensoren kan leses ved hjelp av SMBus- og PWM-busser. Vår kasse tillater også bruk av en sensor med BCI-indekser. Strømforsyning 3V. BCI-indeksen angir typen formfaktor med et vedlegg som gir en smal visningsvinkel på 5°.

montering

Vi legger Arduino-brettet i et etui med batterirom.
Vi fikser servomotoren ved hjelp av superlim eller epoksy i det tomme rommet foran på brettet.
Vi plasserer den andre servomotoren i den roterende enheten og sikrer hele strukturen.
Vi kobler det infrarøde termometeret til Arduino ved å koble Ground til GND, SDA til PIN4, VIN til 3,3V og SCL til PIN5. Vi vil også installere en 4,7 kOhm motstand, som kobler SDA til 3,3V og SCL til 3,3V.
Vi kobler til et laserkort eller en laserpeker. Dette er for å holde styr på hvilket sted som for øyeblikket skannes fra.
Vi installerer webkameraet slik at retningen samsvarer nøyaktig med retningen til IR-sensoren og laseren.

Det er alt. Du har laget et termisk kamera med egne hender!

Hva er det godt for?

Prosessen med å skanne et objekt og utstede et varmekart tar omtrent ett minutt, fordi sensoren skanner det fremtidige bildet punkt for punkt. Dette er selvfølgelig helt ubrukelig for jaktprosessen. Imidlertid vil dette hjemmelagde varmekameraet være en utmerket assistent for konstruksjon og annet reparasjonsarbeid. Den kan for eksempel brukes som en metode for å teste for varme i elektriske koblinger eller kraftenheter. Enheten lar deg ikke bare se et termisk bilde, men også kvantitative temperaturverdier.

I tillegg til treg drift har termokameraet en annen ulempe - den er tett koblet til en PC, noe som gjør den dårlig mobil. Men i noen tilfeller er egenskapene til enheten og kostnadene ganske berettigede - for alle komponentene må du ikke betale mer enn 200 USD. e.

konklusjoner

Fra alternativene vi beskrev for å sette sammen hjemmelagde termiske kameraer, foreslår to konklusjoner seg selv:

Det er fullt mulig å lage et termisk kamera selv.
Et hjemmelaget termisk kamera har et veldig smalt bruksområde.

Derfor, hvis du trenger et termisk kamera for globale formål, bør du utsette eksperimenter og bruke penger på utstyr av høy kvalitet. Til alle som rett og slett elsker å designe og som er ganske fornøyd med mulighetene til hjemmelagde produkter, kan vi gi råd - samle inn, eksperimentere, og det kan godt være at du vil være i stand til å overgå prestasjonene til de hjemmelagde alternativene vi har beskrevet og lag mye mer avanserte termiske kameraer for jakt med egne hender. Gå for det!

De som ikke er spesielt komfortable med en loddebolt og en skrutrekker, men virkelig liker å tilbringe tid i naturen, samt de som for profesjonelle formål kan ha behov for å visualisere temperaturegenskapene til objekter i området fra 0 til 100 °C, anbefales å ta hensyn til ferdig semiprofesjonelt utstyr. For eksempel på smarttelefoner med Flir One termisk kamera.

Disse enhetene kan godt tjene jegere og ekstreme reisende, siden de er praktiske, mobile og i stand til å operere ved temperaturer fra 0 til 45 °C og høy luftfuktighet. Og samtidig er kostnadene for en slik enhet ikke mye forskjellig fra kostnadene for alle slags hjemmelagde produkter.

Termiske kameraer er enheter som kan brukes til å overvåke temperaturfordelingen på den målte overflaten. Denne overflaten vises på enhetens skjerm i form av et fargefelt. På dette feltet tilsvarer en bestemt farge en viss temperatur. Skjermen viser det tilsynelatende temperaturområdet. Standardoppløsningen til de nyeste termiske kameraene er 0,1 grader.

I rimelige enheter lagres informasjon i enhetens minne og leses om nødvendig gjennom en datamaskin. Oftest brukes slike enheter sammen med en bærbar datamaskin og et spesielt program som mottar informasjon fra et termisk bilde.

Termiske kameraer dukket først opp på 30-tallet av forrige århundre. Moderne termiske bildesystemer begynte å utvikle seg først på 60-tallet. Termiske strålingsmottakere hadde ett element. Bildet i mottakerne ble utført ved hjelp av en punktforskyvning av optikken. Slike enheter hadde lav ytelse og gjorde det mulig å observere temperaturendringer med lav hastighet.

Med utviklingen av teknologisk fremgang dukket det opp celler som var i stand til å lagre et lyssignal. Det har blitt mulig å designe nye termiske kameraer basert på sensormatriser. Fra disse matrisene går signalene til dekoderen, deretter til hovedprosessoren til enheten for behandling.

I en viss sekvens projiseres signalene på en matrise med en temperaturfordeling med forskjellige angitte farger. Dette prinsippet har gjort det mulig å skaffe bærbare autonome enheter som er i stand til raskt å behandle data som gjør det mulig å overvåke temperaturendringer i sanntid.

En lovende utvikling for nye termiske kameraer er bruken av ukjølte bolometre. Dette prinsippet er basert på økt nøyaktighet i å beregne endringen i motstanden til tynne plater under påvirkning av varmestråling over hele spekteret. Denne teknologien er populær i mange land for produksjon av nye termiske kameraer, som har høye krav til sikkerhet og mobilitet. I vårt land begynte produksjonen av autonome termiske kameraer med ukjølte bolometre i 2007.

Drift og designfunksjoner

Infrarød stråling fokuseres av det optiske systemet til en termisk kamera på en mottaker, som gir et signal i form av en endring i motstand eller spenning.
Elektronikk registrerer det mottatte signalet fra det termiske bildesystemet. Som et resultat konverteres signalet til et elektronisk termogram. Det vises på displayet.

Et termogram er et bilde av et objekt som har blitt behandlet av et elektronisk system for å vise det på skjermen med forskjellige fargenyanser som tilsvarer fordelingen av infrarøde stråler over objektets område. Som et resultat ser operatøren et termogram som tilsvarer strålingen av varme som kommer fra objektet som studeres.

Følsomheten til detektoren for varmestråling avhenger av dens egen temperatur og kvaliteten på kjølingen. Derfor er detektoren plassert i en spesiell kjøleenhet. Den mest populære typen kjøling er flytende nitrogen. Imidlertid er denne metoden upraktisk og ganske primitiv.

En annen type stålkjøling. Dette er halvledere som kan gi en temperaturforskjell når elektrisk strøm går gjennom dem, og fungerer etter prinsippet til en varmepumpe. Følsomheten til den termiske bildesensoren skapes ved hjelp av sensitive halvledere laget av kvikksølv-kadmium-tellur, indiumantimonid og andre materialer.

Termiske kameradeler og elementer

Kostnaden for et termisk kamera er ganske høy. Hovedelementene er linsen og matrisen (strålingsmottakeren), som utgjør 90 % av kostnadene for hele enheten. Slike matriser er vanskelige å fremstille. Linsen kan ikke være laget av glass, siden glass ikke overfører infrarøde stråler. Derfor brukes dyre sjeldne materialer (germanium) til linser. Jakten etter andre rimelige materialer pågår for tiden.

Andre komponenter i enheten er:

1 - Linsedeksel
2 - Display
3 - Kontroll
4 — Håndtak med stropp
5 - Termisk kamera
6 - Start
7 — Linse
8* — Elektronisk system
9* - Minne for lagring av informasjon
10* - Programvare

Linser

Et termisk kamera må ha minst én linse som er i stand til å fokusere strålingen fra infrarøde bølger på strålingsmottakeren. Mottakeren sender deretter et elektrisk signal og produserer et termisk (elektronisk) bilde kalt et termogram.

Oftest er linser laget av germanium. For å optimalisere lystransmisjonen til linser, brukes antireflekterende tynnfilmbelegg. Termokamerasettet inkluderer vanligvis et etui for oppbevaring og bære av enheten og annet tilleggsutstyr for bruk av enheten under feltforhold.

Viser

Det termiske strålingsmønsteret vises på en flytende krystallskjerm (display). Den skal ha god lysstyrke og ha tilstrekkelig størrelse til å enkelt se bildet under ulike lysforhold i felten. Det er vanligvis støtteinformasjon på skjermen. Dette inkluderer en temperaturfargeskala, tid, dato, batterilading, objekttemperatur og annen nyttig informasjon.

Signalbehandlingskrets og strålingsmottaker brukes til å endre emisjonen av infrarødt lys til nødvendig nyttig informasjon. Den termiske strålingen til et objekt fokuseres på en spesiell mottaker. Den er laget av halvledere. Termisk stråling skaper et elektrisk signal ved mottakeren. Deretter kommer signalet inn i en elektronisk krets som ligger inne i enheten; etter at signalet er behandlet av elektronikken, vises et termisk bilde på skjermen.

Kontroller

Ved hjelp av disse elementene gjøres ulike justeringer av det elektroniske systemet for å optimalisere bildet av termisk stråling på skjermen. Slike justeringer elektronisk kan endre fargespekteret og bildefusjon, termisk nivåavstand. Den reflekterte bakgrunnstemperaturen og emissiviteten justeres også.

Datalager

Digital elektronisk data, som inneholder termiske bilder og tilleggsdata, kan lagres på ulike typer elektroniske minnekort eller dataoverførings- og lagringsenheter.

De fleste infrarøde termiske bildesystemer er i stand til å lagre støttende tekst- og stemmedata, samt et øyeblikksbilde av bildet, som er tatt ved hjelp av et internt innebygd kamera som opererer i det menneskelige synlige spekteret.

Rapportoppretting og programvare

Programvaren som brukes med mange moderne termiske bildesystemer er brukervennlig og funksjonell for operatøren. Termiske digitale og synlige bilder kopieres til en datamaskin eller bærbar PC. Der kan denne informasjonen analyseres ved hjelp av forskjellige fargepaletter, og andre justeringer av de radiometriske dataene kan gjøres.

Det er også mulig å bruke innebygde analysealternativer. Behandlede bilder kan inkluderes i eksempelrapporter eller skrives ut på en skriver. Bilder kan også sendes til kunden via Internett, eller lagres elektronisk på datamaskin.

Klassifisering

Termiske kameraer er delt inn i flere typer basert på ulike egenskaper.

Observasjonsmessig konvertere infrarøde stråler til lys synlig for øyet i henhold til en spesiell fargeskala.

Måling Termiske kameraer er i stand til å bestemme temperaturen på objektet som undersøkes ved å tilordne verdien av det digitale pikselsignalet til en viss tilsvarende temperatur. Resultatet er et bilde av temperaturfordelingen.

Stasjonær Termiske kameraer brukes til bruk i industribedrifter der overholdelse av teknologiske prosesser overvåkes i området -40 +2000 grader. Slike enheter er utstyrt med nitrogenkjøling for å skape normale forhold for driften av mottaksutstyret. Slike systemer består av 3. generasjons termiske kameraer laget på halvlederfotodetektormatriser.

Bærbar Termiske bildeenheter er utviklet basert på ukjølte silisiummikrobolometre. Som et resultat ble det mulig å forlate bruken av klumpete og kostbart kjøleutstyr. Slike enheter har alle fordelene til stasjonære modeller. Dessuten kan de brukes på vanskelig tilgjengelige steder. Mange bærbare termiske kameraer kan kobles til en datamaskin for å behandle informasjon.

Nattsynsenheter forveksles ofte med termiske kameraer. Det er imidlertid stor forskjell på dem. Nattsynsenheten kan fungere under dårlige lysforhold da den forsterker lyset. Ofte blender lyset som kommer inn i linsen en person. Termokameraet krever ikke lys, siden driftsprinsippet er basert på termiske infrarøde stråler.

Anvendelsesområde for termiske kameraer

Termiske kameraer brukes i ulike områder av livet vårt. For eksempel brukes disse enhetene i sikkerheten til anlegg og militær etterretning. Om natten kan en person sees gjennom denne enheten i fullstendig mørke i en avstand på opptil 300 meter, og militært utstyr kan sees opptil 3 km.

For tiden finnes det videokameraer med mikrobølger med bildeutgang til en datamaskin. Følsomheten til et slikt kamera er flere hundredeler av en grad. Derfor, hvis du tar tak i dørhåndtaket om natten, vil det termiske avtrykket da være synlig i ca. 30 minutter.

Termiske kameraer har stort løfte om å identifisere feil i ulike installasjoner. Dette skjer når temperaturen på et bestemt sted i en mekanisme eller enhet øker eller synker. Noen ganger kan visse defekter bare oppdages av et termisk kamera. Ved å bære tunge konstruksjoner (broer), under utmattingsaldring av metallet og resulterende deformasjoner, genereres det mer varme noen steder enn det burde vært. Derfor er det mulig å diagnostisere feil uten å demontere objektet.

Som et resultat kan vi si at termiske kameraer brukes som en operasjonell kontroller for anleggssikkerhet.

Termiske kameraer er mye brukt i medisin for å diagnostisere patologien til ulike sykdommer. Hos en frisk pasient er kroppstemperaturen fordelt symmetrisk fra midtlinjen i hele kroppen. Hvis denne symmetrien er brutt, er dette et kriterium for å diagnostisere sykdommer med et termisk kamera.

Termografi er en moderne diagnostisk metode innen medisin. Denne metoden er basert på å oppdage infrarød stråling fra menneskekroppen avhengig av temperaturen. Intensiteten og fordelingen av varmestråling bestemmes normalt av de særegne fysiologiske prosessene som skjer i kroppen i dype og overfladiske organer.

Ulike patologiske tilstander er preget av asymmetri i fordelingen av kroppstemperatur. Dette gjenspeiles i det termografiske bildet. Dette faktum har viktig prognostisk og diagnostisk betydning. Dette er bevist av mange kliniske studier.

Det er to hovedtyper termografi:

Teletermografi.
Kontakt kolesterisk termografi.

Teletermografi fungerer ved å modifisere infrarøde stråler fra menneskekroppen til et elektrisk strømsignal, som vises på skjermen til et termisk kamera.

Kontaktkolesterisk termografi fungerer etter prinsippet om de optiske egenskapene til flytende krystaller, som manifesteres av en fargeendring til regnbuefarger når den påføres på emitterende overflater. Kaldere steder er blå, og varmere steder er røde.

Industrielle applikasjoner

Overvåking av varmevekslingsprosesser i kjøretøys eksossystemer, motorer og radiatorer.
Kontroll og design av bilens bremsesystem.
Ultrasonisk sveisekontroll.
Utvikling av et bilklimasystem.
Kvalitetskontroll av kretskort innen elektronikk.
Kontroll av sveisemodus.
Deteksjon av feiljustering av aksler, lagre, gir.
Metallspenningsanalyse.
Overvåking av isolasjon og tetthet av beholdere for væsker.
Bestemmelse av varmeisolasjonsegenskaper.
Påvisning av varmetap i lokaler.
Diagnostikk av gjerdekonstruksjoner.
Branntiltak.
Oppdage gasslekkasjer fra en gassrørledning.
Kontroll av teknologiske prosesser.
Kontroll av elektrisk utstyr.
Kontrollere ytelsen til termiske ruter.
Identifisere steder hvor kald luft lekker ut.
Kontroll av termisk isolasjon av rørledninger.
Kontrollere utstyr fylt med olje.
Kontrollerer generatorstatoren.
Kontroll av gass og skorsteiner.

Side 2 av 2

3. Termiske kameraer

Infrarød stråling er lavenergisk og usynlig for det menneskelige øyet, så det er laget spesielle enheter for å studere den – termiske kameraer (termografer), som lar dem fange denne strålingen, måle den og gjøre den om til et bilde som er synlig for øyet. Termiske kameraer er optisk-elektroniske enheter av passiv type. I dem konverteres stråling som er usynlig for det menneskelige øyet til et elektrisk signal, som forsterkes og automatisk behandles, og deretter konverteres til et synlig bilde av det termiske feltet til et objekt for visuell og kvantitativ vurdering.

Omfanget av infrarød stråling er delt inn i flere fragmenter:

De første termiske bildesystemer ble opprettet på slutten av 30-tallet. Det 20. århundre og ble delvis brukt under 2. verdenskrig for å oppdage militære og industrielle anlegg.

Det generelle prinsippet for utformingen av alle termiske kameraer er som følger:

Et termisk kamera er en kostbar enhet. Hovedelementene - matrisen og linsen - står for omtrent 90 % av den totale kostnaden. Matrisene er svært vanskelige å produsere, men over tid kan prisen ifølge eksperter synke. Situasjonen med linser er mer komplisert: de kan ikke være laget av glass, fordi dette materialet ikke overfører IR-stråling. Av denne grunn brukes sjeldne og dyre materialer (for eksempel germanium) for å lage linser. I dag søkes det aktivt etter billigere materialer.
Infrarød stråling konsentreres av et system med spesielle linser og treffer en fotodetektor, som er selektivt følsom for en viss bølgelengde av det infrarøde spekteret. Strålingen som treffer den fører til en endring i de elektriske egenskapene til fotodetektoren, som registreres og forsterkes av den elektroniske kretsen. Det mottatte signalet behandles digitalt og denne verdien overføres til informasjonsdisplayet. Informasjonsvisningsblokken har en fargepalett der hver signalverdi er tildelt en bestemt farge. Etter dette vises en prikk på LCD-skjermen, hvis farge tilsvarer tallverdien til den infrarøde strålingen som traff fotodetektoren. Skannesystemet (speil eller halvledermatrise) krysser sekvensielt alle punkter innenfor enhetens synsfelt og som et resultat får vi et synlig bilde av objektets infrarøde stråling. Jo lavere detektorens egen temperatur er, jo høyere er detektorens følsomhet for termisk stråling, så den plasseres i en spesiell enhet - et "kjøleskap". Den mest primitive, upraktiske og vanligste typen kjøling er bruk av flytende nitrogen. Dette lar deg selvfølgelig kjøle ned detektoren til lave temperaturer, men å bære Dewar-kolber med deg er veldig upraktisk. En annen type er gjennom Peltier-elementer (halvledere som produserer en temperaturforskjell (varmepumpe) når strøm går gjennom dem). Det er en annen type "ukjølte termiske kameraer" som opererer på et annet prinsipp, men egenskapene deres er fortsatt merkbart dårligere, men de er mye mer mobile.
På skjermen til termokameraet ser vi således effektverdiene til infrarød stråling på hvert punkt i synsfeltet til termokameraet, vist i henhold til en gitt fargepalett (svart-hvitt eller farge).
Den høye følsomheten til termiske kameraer er realisert på grunn av tilstedeværelsen av svært følsomme halvlederstrålingsdetektorer laget av indiumantimonid InSb, kvikksølv-kadmium-tellur Hg-Cd-Te, etc.

Anvendelse av termisk bildebehandling

Termisk bilde av en murstein
fasade for å vurdere varmetap

Bilde av en hund tatt med et termisk kamera.

Termisk avbildning har funnet anvendelse i mange områder av menneskelig aktivitet. For eksempel brukes termiske kameraer til militær rekognosering og sikkerhetsformål. Ved hjelp av et håndholdt termisk nattsikte kan en person sees i fullstendig mørke i en avstand på 300 m. Gjenstander av konvensjonelt militærutstyr er synlige i en avstand på 2-3 km. Til dags dato, opprettet videokameraer av dette mikrobølgeområdet med bildevisning på en dataskjerm, følsomhet (oppløsningsevne for temperaturforskjellen til individuelle overflateområder) på flere hundredeler av en grad. Dette betyr at hvis du tok tak i dørhåndtaket for å åpne det når du gikk inn i inngangsdøren, vil termoavtrykket ditt være synlig på dette håndtaket i så lenge som en halv time. Selv hjemme, med lysene av, vil du skinne som et fyrtårn selv gjennom gardinen. I t-banen kan du enkelt skille personer som nettopp har kommet inn. Og om en person har en rennende nese og om han har gjort noe interessant før, kan observeres på flere hundre meters avstand. Det er ingenting å si om å gjenkjenne en nylig avslått bil eller hvem som satt i en gitt stol og når.
Det er lovende å bruke varmekameraer for å finne feil i ulike installasjoner. Naturligvis, når det i en installasjon eller komponent er en økning eller reduksjon i varmeavgivelsen under en prosess på steder der dette ikke bør skje, eller varmeavgivelsen (varmeabsorpsjonen) i slike komponenter varierer sterkt, så kan problemet korrigeres i en rettidig måte. Noen ganger kan noen defekter bare merkes ved hjelp av et termisk kamera. For eksempel, på broer og tunge bærekonstruksjoner, når metallet eldes eller gjennomgår udesignede deformasjoner, begynner det å frigjøres mer energi enn det burde. Det blir mulig å diagnostisere tilstanden til et objekt uten å krenke dets integritet, selv om det kan oppstå vanskeligheter på grunn av den ikke veldig høye nøyaktigheten forårsaket av mellomstrukturer.
Dermed kan en termisk kamera brukes som en operasjonell og kanskje den eneste kontrolleren av sikkerhetsstatusen til mange objekter og forhindre katastrofer. Å kontrollere funksjonen til skorsteiner, ventilasjon, varme- og masseoverføringsprosesser og atmosfæriske fenomener blir størrelsesordener mer praktisk, enklere og mer informativ.
Termisk bildebehandling har funnet bred anvendelse i medisin.
I moderne medisin er termisk avbildning en kraftig diagnostisk metode som lar oss identifisere patologier som er vanskelige å kontrollere på andre måter. Termisk bildeundersøkelse tjener til å diagnostisere i de tidlige stadiene (før radiologiske manifestasjoner, og i noen tilfeller lenge før pasientens plager oppstår) følgende sykdommer: betennelse og svulster i brystkjertlene, gynekologiske organer, hud, lymfeknuter, ØNH-sykdommer, skade på nervene og blodårene i ekstremitetene, flebeurisme; inflammatoriske sykdommer i mage-tarmkanalen, leveren, nyrene; osteokondrose og spinal svulster. Som en helt ufarlig enhet brukes et termisk kamera effektivt i fødselshjelp og pediatri.
Hos en frisk person er temperaturfordelingen symmetrisk i forhold til kroppens midtlinje. Brudd på denne symmetrien fungerer som hovedkriteriet for termisk bildediagnose av sykdommer. Ved å identifisere områder av kroppen med unormalt høye eller lave temperaturer, kan symptomer på mer enn 150 sykdommer gjenkjennes i de tidligste stadiene av deres forekomst.
Termografi er en metode for funksjonell diagnostikk basert på registrering av infrarød stråling av menneskekroppen, proporsjonal med dens temperatur. Fordelingen og intensiteten av termisk stråling bestemmes normalt av særegenhetene til de fysiologiske prosessene som skjer i kroppen, spesielt i både overfladiske og dype organer. Ulike patologiske tilstander er preget av termisk asymmetri og tilstedeværelsen av en temperaturgradient mellom en sone med økt eller redusert stråling og et symmetrisk område av kroppen, som reflekteres i det termografiske bildet. Dette faktum har viktig diagnostisk og prognostisk betydning, som det fremgår av en rekke kliniske studier.
Det er to hovedtyper av termografi:
1. Kontakt kolesterisk termografi.
2.Teletermografi.
Teletermografi er basert på konvertering av infrarød stråling fra menneskekroppen til et elektrisk signal, som visualiseres på skjermen til en termisk kamera.
Kontaktkolesterisk termografi er avhengig av de optiske egenskapene til kolesteriske flytende krystaller, som manifesteres ved en endring i farge til regnbuefarger når de påføres termisk emitterende overflater. De kaldeste områdene er røde, de varmeste områdene er blå. Flytende krystallsammensetninger påført på huden, med en termisk følsomhet innenfor 0,001 C, reagerer på varmestrømmen ved å omorganisere molekylstrukturen.
Etter å ha vurdert de ulike varmebildeteknikkene, oppstår spørsmålet om hvordan man skal tolke det termografiske bildet. Det er visuelle og kvantitative måter å evaluere et termisk bilde på.
En visuell (kvalitativ) vurdering av termografi gjør det mulig å bestemme plasseringen, størrelsen, formen og strukturen til foci av økt stråling, samt å grovt estimere mengden infrarød stråling. En visuell vurdering kan imidlertid ikke måle temperaturen nøyaktig. I tillegg viser stigningen i tilsynelatende temperatur i selve termografen seg å være avhengig av skannehastigheten og feltstyrken. Vanskeligheten for den kliniske vurderingen av termografiresultater ligger i det faktum at temperaturstigningen i et lite område knapt er merkbar. Som et resultat kan et lite patologisk fokus ikke oppdages.
Den radiometriske tilnærmingen er veldig lovende. Det innebærer bruk av den mest moderne teknologien og kan brukes til å utføre masseforebyggende undersøkelser, innhente kvantitativ informasjon om patologiske prosesser i de studerte områdene, samt for å vurdere effektiviteten av termografi.

Noen bruksområder for termiske bildeenheter i industrien:

Energi

tilstanden til skorsteiner og røykkanaler
tilstanden til generatorens statorer
sjekke oljefylt utstyr
termisk isolasjon av turbiner, damp og rørledninger
påvisning av kaldluftsugeflekker
overvåke tilstanden til varmenettet

Olje- og gasskompleks

kontrollere tilstanden til elektrisk utstyr
kontroll av teknologiske linjer
søke etter energitap
påvisning av lekkasjer fra gassrørledninger
branntiltak

Energisparing

diagnostikk av omsluttende strukturer
påvisning av varmetap i interiør og eksteriør av bygninger og konstruksjoner
bestemmelse av varmeisolasjonsegenskaper til materialer

Kjemisk industri

kontrollere tetthet og isolasjon av beholdere for lagring av ulike væsker og gasser

Maskinteknikk

inspeksjon av lagre, gir, aksler, koblinger m.m.
deteksjon av feiljustering av utstyr
kontroll av sveisetemperaturforhold
termoelastisk spenningsanalyse

Mikroelektronikk

PCB montering kvalitetskontroll

Bilindustri

design av bilklimasystemer
kontroll av ultralydsveising av støtdempere
utvikling og testing av skivebremser
kontroll av varmevekslingsprosesser i radiatorer, motorer og eksosanlegg

Et termisk kamera er en spesiell enhet som brukes til å overvåke temperaturfordelingen på overflaten eller inne i et objekt. Arbeidet til en termisk kamera er direkte relatert til termografi - en vitenskapelig metode for å få bilder i infrarøde stråler.

Det infrarøde kameraet i en termisk kamera registrerer den varme strålingen fra et objekt, og konverterer den til et digitalt signal, som deretter overføres til enheten og vises på skjermen i form av et termisk bilde.

Et av hovedproblemene i produksjonen av termiske kameraer er de høye kostnadene for materialer for montering av matrisen og linsen, som faktisk står for 90% av kostnadene til sluttproduktet. Matriser tar svært lang tid å produsere og krever høyt spesialiserte spesialister, og dyre materialer som silisium eller germanium brukes i produksjonen av linser.

Spesielt dyre er tredjegenerasjons termiske kameraer, det vil si stasjonære termiske kameraer som brukes i industri og konstruksjon: deres produksjon bruker halvledermatriser og mikrobolometre laget av silisium.

Et termisk kamera forveksles ofte med et nattsynsapparat. En nattsynsenhet forsterker lyset som kommer inn i synsfeltet, noe som noen ganger forårsaker blending når du møter lyse objekter, mens et termisk kamera ganske enkelt fanger opp den termiske energien til et objekt og overfører det.

Bruksområder for termiske kameraer

Termiske kameraer har et bredt spekter av bruksområder både i store bedrifter og små organisasjoner. I disse tilfellene brukes de oftest til å overvåke temperaturen på gjenstander og hjelpe til med feilsøking av elektriske ledningssystemer.

Termokameraer har blitt ekstremt utbredt i konstruksjon: for eksempel, under konstruksjon av store strukturer, hjelper en termisk kamera med å oppdage kilder til varmetap, evaluere isolasjonsegenskapene til strukturen og individuelle materialer, på grunnlag av hvilke det er mulig å trekke en konklusjon om kvaliteten på byggematerialer.

Rednings- og brannmannskaper bruker også termiske kameraer: Under forhold med kraftig røyk og dårlig sikt hjelper termokameraer med å identifisere branner, analysere situasjonen og finne en rømningsvei. Brukes også ved søk etter savnede personer i skog eller under bygningskollapser.

Interessant faktum: for første gang innen medisin begynte termiske kameraer å bli brukt i USSR - allerede på 80-tallet ble termiske kameraer brukt til å diagnostisere sykdommer, i nevrokirurgi, og også for å identifisere personer med influensa fra en mengde av mennesker.

Termiske kameraer brukt i militært utstyr og våpen blir for tiden spesielt og mest brukt. Dermed gjør sikter utstyrt med et termisk kamera det mulig å oppdage fiendtlig personell når som helst på døgnet, til tross for kamuflasjen som fienden bruker. Termiske kameraer brukes også i helikoptre og pansrede kjøretøy – der de fungerer som et av elementene i siktesystemet.

Det finnes severdigheter med termisk kamera for automatiske våpen, men har på grunn av deres høye kostnader ikke funnet bruk verken i Russland eller andre steder.

Det kan være nyttig å lese: