Основное преимущество тепловизора - возможность бесконтактного измерения температуры объектов. Первые тепловизоры появились в тридцатых годах. Они показывали импульс инфракрасного излучения, которое могли преобразовывать в электрический сигнал. В шестидесятых годах появилась первая тепловизионная система, достаточно простая, но медлительная и не позволяющая контролировать температуру в реальном времени.
Тепловизоры бывают мобильные и стационарные. Последние используют на производствах, где нужен постоянный контроль температур. Спектр применения мобильных тепловизоров очень широк: строительство, электроэнергетика, их используют пожарные и спасатели, в горнодобывающей промышленности. Сегодняшние тепловизоры “видят” тепловые различия уже в пределах 0,01 градуса и выводят на дисплей детализированную тепловую картину области и объекта исследования.
Технические моменты, на которые нужно обращать внимание при выборе модели тепловизора: тип матрицы, фокусное расстояние, чувствительность матрицы, угол обзора и рабочий температурный диапазон.
Современные тепловизоры “видят” тепло и превращают его в изображения и видео. Отдельно стоит остановиться на сочетании тепловизионной камеры с дроном. Это незаменимый инструмент при поиске пропавших людей, обнаружении возгораний в лесу, утечки нефти или газа, повреждении электрокабелей, диагностики солнечных электростанций. Сегодняшний рынок предлагает большой выбор тепловизоров для квадрокоптеров, комплекты и крепления для тепловизионной съемки.
Отдельно можно упомянуть использование дрона с тепловизором на охоте. Такое его применение только набирает популярность. Дрон с тепловизором упрощает поиск добычи в темноте или в плохую погоду. Это удобно при охоте из засады, особенно с вышки. Устройство позволяет искать подранков без собаки, или, наоборот - увлекшихся охотой собак. Также позволяет обнаруживать других людей на территории, для избежания несчастных случаев.
Тепло излучает любой предмет с температурой выше абсолютного 0, это -273,15 С. В атмосферу это тепло испускается в виде инфракрасных волн. Логично, что чем “теплее” объект, тем больше энергии он испускает. Когда возрастает температура, частота волн повышается, а их длина уменьшается.
Методика регистрации и измерения длины теплового потока с помощью специальных электронно-оптических устройств называется инфракрасной термографией. Под эту методику разрабатывают специальные приборы, позволяющие проводить тепловой контроль объектов и решать большое количество разнообразных задач.
Итак, принцип действия современного тепловизора: фиксация излучения в инфракрасном диапазоне. С помощью линз, в состав которых входят материалы прозрачные для инфракрасного излучения, последнее проецируется на чувствительную матрицу. С помощью сложных микросхем информация с матрицы преобразуется в видеосигнал. Помимо изображения с цветовыми пятнами, соответствующими теплоизлучениям предметов, поверх карты можно выводить шкалу со значениями температур (касается измерительных тепловизоров). Большинство тепловизоров позволяют проводить аналитику изображения в реальном времени.
В современных тепловизорах может быть предустановлено множество цветовых палитр. Они могут быть цветными и черно-белыми. Рассмотрим пример палитры под названием «Горячий белый». Видеосигнал тепловизора выглядит так: низкий уровень излучения отображены темным цветом, высокий уровень излучения тепла отображается белым. Соответственно, получаемая картинка имеет множество оттенков серого. Стандартный выбор палитры: наиболее горячие места окрашивают красным цветом, оттенками оранжевого и желтого, холодные, соответственно, оттенки синего и черный.
Это важный показатель, который всегда нужно принимать во внимание, при чтении показаний тепловизора. В зависимости от материала, из которого состоит объект, интенсивность инфракрасного излучения будет сильно отличаться. Этот показатель вычисляют как: меру эффективности поверхности объекта относительно черного тела, взятого за идеальный источник. Этот показатель прямо влияет на тепловое излучение. Без учета материала поверхности, состояния поверхности, угла наклона показания тепловизора будут давать более “холодные” цифры. Поэтому правильно заданная излучательная способность - важный момент при работе с тепловизором, без нее температуры будут измерены неправильно.
Научное описание работы тепловизора и его структуры достаточно сложны. Но в работе современные тепловизоры просты и понятны. Нужно просто один раз детально разобраться с работой телевизора и научиться правильно интерпретировать его показания. Важно: для использования тепловизоров в сфере механики и электрики пользуйтесь услугами квалифицированных инженеров!
Все объекты и предметы по-разному поглощают и выделяют тепло. Получаемая картинка не бывает однородной, всегда присутствует большое количество переходов между цветами. На примере человеческого тела хорошо видно, что разные части тела имеют разную температуру и тепловизор показывает их детальные отличия.
Работе тепловизора не мешают дым, туман и дождь. Благодаря этому, тепловизоры активно используются в горнодобывающей промышленности. Любая добыча полезных ископаемых сопровождается пылью в большом количестве и обычные камеры не дают корректного результата. А вот съемка тепловизором в инфракрасном диапазоне позволяет “видеть” несмотря на окружающие условия.
Что касается тумана и дождя - качество работы и точность данных будут зависеть от качества (класса) тепловизора. Чем слабее снег или туман - тем лучше будет изображение. Логично, что и расстояние влияет также - чем дальше объект, тем хуже изображение. Свет рассеивается от капель воды в атмосфере и из-за этого ограничивается работа тепловизора. Чем больше влаги в воздухе (чем выше плотность капель), тем более усложнена работа тепловизора. Тепловизоры высокого класса справляются с работой в дождь и туман.
Отличие тепловизоров от приборов ночного видения. Приборы ночного видения поглощают видимый свет и выводят его на экран. Но если видимого света недостаточно - видимость очков падает. Т. е. - в кромешной темноте в очках ночного видения ничего не будет видно без специальной подсветки. Соответственно, если есть помехи для подсветки в виде дождя, снега, дыма, туман, густая трава - прибор нормально работать не будет. Но и в сумерках, когда видимого света уже слишком мало для невооруженного глаза, его (света) “слишком много” для прибора ночного видения и они тоже не дадут хорошего результата. Всех этих проблем не возникает при работе с тепловизором, который не реагирует на видимый свет. У тепловизора может возникнуть своя проблема - ему нужен контраст между объектом и фоном. Нет контраста - нет картинки, не с чем сравнить.
Отличие тепловизоров от инфракрасных камер. Отличие тепловизоров от инфракрасных камер. Из-за принципа своей работы инфракрасная камера имеет ограничения в работе: они излучают свой собственный свет, и строят изображение на основе отражения этого света (луча) от исследуемых предметов. Соответственно, расстояние и контрастность - их слабое место.
Поверхность излучает не только собственное тепло, но и может отражать температуры окружающих предметов. То, насколько сильно поверхность отражает другие излучение - называется отражательной способностью. Проблематично точно провести измерения зеркальных (отражающих) поверхностей потому, что на них влияют фоновые отражения. Например, металлическая крыша будет выглядеть для тепловизора холоднее, ближе к температуре неба, которое она отражает. Фоновое небо при этом может иметь температуру ниже нуля. Для уточнения показателей съемку ведут под разными углами, но и это создает свои трудности, слишком сильный угол также будет искажать результат. Отражательная способность тесно связана с излучательной и, как и последняя, зависит от качества поверхности.
Фокусное расстояние и угол зрения - определяющие параметры для потребителя. Стандартные имеют угол зрения от 17 до 32 градусов. Большое значение угла дает широкий обзор, маленький угол - детальное рассмотрение удаленных объектов. Оптику для тепловизоров делают из германия, халькогенидного стекла, селенида цинка и даже полиэтилена. Важным параметром также является возможность установки сменных объективов.
Чувствительность матриц в охлаждаемых тепловизорах очень высока. Такие тепловизоры позволяют обнаружить человека на расстоянии нескольких километров и используются для наблюдения за масштабными территориями стратегического значения. Неохлаждаемые, соответственно, менее чувствительные, стоят намного дешевле. Они гораздо компактнее. Для задач охранного видеонаблюдения их характеристик более чем достаточно, так что, эти тепловизоры наиболее востребованы.
Измеряется в милликельвинах и обычно обозначается аббревиатурой NETD. Это - разница между фоновой температурой и температурой объекта. Другими словами, этот параметр говорит о величине минимального температурного перепада, которую способен уловить тепловизор.
Причем нужно разделять разрешение детектора и разрешение самого тепловизора. Разрешение детектора определяет результативность и качество картинки. Самые дорогие тепловизоры имеют разрешение более 640Х480. а самые бюджетные - 60Х60. Разрешение же тепловизора - это то, что мы видим на его экране. Но, эта же картинка на мониторе компьютера может иметь совсем другой вид. Чтобы тепловизором с разрешением 60Х60 сделать качество 120Х120 нужно будет сделать минимум 4 снимка с близкого расстояния.
Промышленные модели тепловизоров могут иметь температурный диапазон до +1200 °С. Такие модели используются в энергетике, химической, литейной промышленности и тому подобных. Для энергоаудита зданий достаточно +100 °С, а для выявления неполадок в работе промышленных установок, котлов - от 350 до 650 °С. Цена на соответствующие модели также будет разниться.
Для несложных задач в большинстве случаев достаточно диапазона 7-14 микрон. Для более сложных условий, например, когда нужно определить температуру поверхности не учитывая отражающую способность, нужен тепловизор со спектральным диапазоном 3-5 мкм и охлаждаемой матрицей (как уже упоминалось в статье - они намного более чувствительные).
Есть модели тепловизоров со встроенным компасом и GPS и сигнализацией при обнаружении минимальных или максимальных температурных показателей. Многие тепловизоры могут снимать видео и записывать звук, а также измерять влажность и диагностировать степень повреждения от нее, передать полученные результаты по Wi-Fi. Вообще, современный рынок предлагает большой выбор тепловизоров разного уровня и ценовой категории под любые нужды. Внимательно изучив модели, производителей и возможные функции, вы сможете подобрать тепловизор под конкретные работы.
С помощью дронов с тепловизором можно получить температурные данные с линейных объектов и крупных подстанций. С их помощью проводится проверка труб отопления, водопроводов, мачт связи, линий электропередач и многих других объектов.
Тепловизионые дроны способны просканировать огромную площадь солнечных батарей всего за несколько минут. При этом оператор может обнаружить и исследовать проблемные зоны всего за один полет. Провести подобную инспекцию с земли невозможно.
До появления дронов проверка строительства и кровель занимала очень много времени. Положение усугублялось тем, что проведение подобной инспекции было действительно опасным для жизни и приводило к несчастным случаям на производстве. Обследовать здания и крыши с помощью тепловизионного дрона можно за считанные минуты при этом не рискуя ничьей жизнью.
Дроны с тепловизорами применяются при пожаротушении поскольку дают возможность видеть сквозь дым и таким образом следить за действиями пожарных команд и лучше руководить проведением операцией по тушению огня. Также прибор помогает определить, где пожар уже вскоре может утихнуть, а где требуется срочно провести работу, поскольку огонь там усиливается.
Тепловизионные дроны становятся обязательными приборами для спасателей. Их можно использовать и в дневное, и в ночное время, проверяя с их помощью гектары площади за считанные минуты. Даже в дневное время использование тепловизоров дает лучшие результаты, чем просто видеокамера. Например, если человек одет в одежду, которая сливается с окружающей средой, то найти его только с видеокамерой будет сложнее, а тепловизор покажет температуру отличающуюся от температуры окружающей среды.
На предприятиях, добывающих уголь, это полезное ископаемое хранят в специальных контейнерах в огромном количестве. Большая масса легковоспламеняющегося вещества грозит образованием серьезного пожара. Самовоспламенение в таких условиях возникает нередко, поэтому важно регулярно проводить мониторинг температуры в угольных контейнерах.
Беспилотные летательные аппараты с тепловизионными камерами активно используются охотниками для поиска добычи с воздуха. В большей степени дрон с тепловизором применяется при регулировании численности животных. Наблюдение с воздуха позволяет быстро обнаружить стадо и передать координаты его местонахождения охотнику.
Дроны с тепловизионными модулями для военного применения – это высокотехнологичные, надёжные и дорогостоящие приспособления, которые необходимы для обнаружения живой силы и техники противника, патрулирования, защиты границ, обнаружения снайперских расчётов, противодействия терроризму. Тепловизионными сенсорами также оснащены военные беспилотники, которые используются для разведки или поражения целей.
Квадрокоптеры и дроны с тепловизором – комплексные устройства, которые состоят из беспилотного летательного аппарата и тепловизионной камеры. Соответственно, в большинстве случаев такие являются общей разработкой двух и более компаний: первая ответственна за БПЛА, вторая – за тепловизионную камеру, третья может выступать связующим звеном, предлагающим оптимальную модель, собранную на базе максимально совместимых дронов и тепловизоров.
Наиболее популярной коллаборацией является сотрудничество американской компании FLIR Systems с популярным китайским производителем квадрокоптеров и различного видеооборудования DJI. Компании совместно выпускают полноценные тепловизионные комплексы для наблюдения с воздуха, а также их отдельные части: в ассортименте FLIR есть камеры для использования на дронах сторонних производителей (если на тех предусмотрено специальное крепление), DJI, в свою очередь, предлагает универсальные модели дронов с возможностью установки тепловизионных камер сторонних производителей.