Как устроен тепловизор

Для контроля распределения температуры поверхности различных объектов используют специальное устройство – тепловизор.

Эти приборы оборудованы экраном, на котором отображается исследуемая поверхность, раскрашенная в различные цвета.

Каждый из них соответствует определенной температуре.

Тепловизор используют для решения задач широкого спектра, в некоторых случаях этот измерительный инструмент является незаменимым.

Назначение тепловизора и принцип действия

Сферы применения тепловизоров очень обширны:

• Медицина.

Прибор используется для диагностики различных заболеваний, в том числе при поиске злокачественных опухолей, в нейрохирургии.

• Ветеринарный контроль.

• Машиностроение и металлургия – применяется для контроля протекания сложных термических процессов.

• ЖКХ – контроль состояния жилых помещений, при поиске повреждений водопровода, для оценки степени изношенности зданий.

• Строительство – для поиска утечек тепла в зданиях, оценки степени прогрева элементов систем отопления.

• МЧС – для поиска пострадавших.

Спасательные службы часто прибегают к помощи тепловизора, когда требуется найти людей или животных в местах крушения зданий и при возникновении подобных ситуаций.

Также прибор помогает пожарным при поиске очага возгорания, местонахождения открытого огня.

• Военное дело.

Используются для идентификации противника в условиях недостаточной видимости.

Усовершенствованные варианты тепловизоров встраиваются в системы наведения.

Принцип работы тепловизора основан на приеме инфракрасного спектра излучения, исходящего от любого нагретого объекта.

Излучение улавливается оптической системой прибора, после чего фокусируется на приемнике, конвертирующем визуальный аналоговый сигнал в электрический.

Как правило, он выражается в виде изменения напряжения или сопротивления в цепи приемника.

Далее сигнал преобразуется электроникой в изображение, которое выводится на дисплей в виде спектрозональной картинки.

Иными словами, человеческий глаз получает возможность увидеть инфракрасное излучение, которое он не способен воспринимать при нормальных условиях.

Сама же спектрозональная картинка – цветное изображение объекта, которое позволяет оценить распределение температуры по его частям.

В этом случае темные цвета, например, синий, свидетельствуют о низкой температуре, а яркие, вроде красного или желтого, соответствует высокой.

Устройство и характеристики

Конструкция большинства тепловизоров ограничивается наличием следующих элементов:

• Корпус с элементами управления, например, кнопками.

• Объектив с защитной крышкой и органом фокусировки изображения.

Последний, в большинстве случаев, имеет вид поворотного кольца, как на фотоаппаратах.

• Датчик (матрица).

• Дисплей.

• Электронная система и программное обеспечение.

• Встроенная память.

• Система охлаждения матрицы (для моделей с высокой чувствительностью).

Основные характеристики прибора:

• Угол и дальность обзора.

• Параметры матрицы: разрешение, порог температуры, погрешность, четкость изображения.

• Функциональность: наличие подсветки, лазерный указатель, возможность цифрового масштабирования, наличие и объем встроенной памяти для хранения результатов измерений, возможность переноса данных на ПК.

К тепловизионному оборудованию применяются следующие государственные стандарты:

• ГОСТ Р 8.619–2006 – методика проверки приборов.

• ГОСТ 53466-2009 – технические требования к медицинским тепловизорам.

Материал

Корпус большинства моделей тепловизоров изготавливается из ударопрочного пластика с резиновыми накладками для удобства удержания, является либо влагозащищенным, либо полностью водонепроницаемым.

Дешевые модели, как правило, вовсе не имеют серьезной защиты от негативного воздействия окружающей среды.

Объективы в большинстве случаев изготавливают из германия с тонкопленочным покрытием, оптимизирующим пропускание света.

Линзы из этого материала работаю в диапазонах длин волн 3 – 5 и 8 – 14 микрон.

Оптическое стекло не используется по причине его неспособности пропускать инфракрасное излучение в требуемом диапазоне.

Однако, при работе с прибором следует учитывать, что повышение температуры влияет на прозрачность германия.

Если повысить температуру до 100°, этот показатель упадет вдвое от изначального.

Размеры и вес

Габариты и вес тепловизоров зависят от их типа, количества дополнительного функционала и оборудования, а также размеров матрицы и наличия системы охлаждения.

Так размеры простеньких переносных моделей сравнимы с фотоаппаратом, их вес начинается от 500 – 600 г до 2 кг.

Класс защиты тепловизоров

Практически все тепловизоры имеют защищенный от воздействия негативных факторов корпус, степень защиты которого определяется международным стандартом с буквами IP и двумя цифрами.

Первая цифра (от 0 до 6) указывает на защиту от посторонних предметов, а вторая (от 0 до 9) – на устойчивость к воздействию воды.

Например, тепловизор с классом IP67 полностью защищен от проникновения пыли и сохраняет работоспособность даже после кратковременного погружения в воду на глубину до 1 метра.

Разрешающая способность

Важность разрешающей способности инфракрасного датчика кроется в степени детализации изображения:

• Базового уровня: до 160х120 пикселов.

• Профессиональные: 160х120 – 640х480 пикселов.

• Экспертного класса – более 640х480 пикселов.

Калибровка, поверка и погрешность

Измерительный тепловизор, согласно стандартам, принятым в метрологии, проверяется на работоспособность не реже, чем раз в год.

Поверка подразумевает под собой следующие действия:

• Осмотр корпуса прибора, его опробование и проверка во всех режимах работы.

• Замер углового разрешения.

• Проверка диапазона измеряемых температур.

• Определение максимальной температурной чувствительности и неравномерности чувствительности по полю.

• Определение сходимости результатов.

Измерительные тепловизоры должны подвергаться периодической калибровке.

Современные модели оснащаются специальной шторкой, которая надвигается на матрицу.

По ее известной температуре и производится калибровка.

Современные матрицы выполняются в виде терморезисторов, имеют высокое разрешение (вплоть до сотых градуса).

В технических характеристиках измерительных моделей обязательно указывается погрешность (точность), которая, как правило, находится в пределах 2% или 2°.

Виды тепловизоров и цена

Приборы классифицируются по функциям, которые они выполняют:

• Наблюдательный тепловизор – создает на экране картинку теплового излучения, преобразованного в видимый световой спектр.

• Измерительный тепловизор – работает, как и наблюдательный тип прибора, но дополнительно точкам светового сигнала присваивает температурные значения.

Иными словами, позволяет оценить температурное распределение на участке исследования.

• Визуальный пирометр – отдельная группа приборов, которые позволяют зрительно выявить зоны, где температура отклонена в какую-либо сторону от нормальной.

По типу исполнения прибор может быть:

• Переносной тепловизор– компактные модели, корпус которых оснащен ручкой для удобного удержания.

• Стационарный тепловизор – имеет несколько большие габариты, чем предыдущий вариант.

Либо оснащается креплениями для установки на различные конструкции, либо сам являются частью какого-либо оптического прибора.

По назначению тепловизор бывает:

• Строительный – используется для поиска тепловых потерь зданий.

Их измерительный диапазон – до 350°С.

Стоимость начинается от 50 тыс. рублей.

• Охотничий.

Популярен также среди охранных агентств.

Зачастую имеет встроенный дальномер.

Представляет собой ручной, либо нашлемный монокуляр для наблюдения.

Простейшая гляделка для охотника стоит в районе 40 тыс. рублей.

Среди разновидностей можно выбрать тепловизионные прицелы и бинокли, цена которых превышает 200 тыс. рублей.

• Промышленный.

Относится к самым точным тепловизионным приборам.

Используется преимущественно на масштабных предприятиях для контроля температурного режима технологического оборудования.

Оснащаются ИК-датчиками с высокой чувствительностью и полноцветными большими дисплеями.

Их температурный диапазон – более высокий.

Существуют высокотемпературные приборы, где этот показатель превышает 1000°С.

Стоимость качественных моделей более 1 млн. рублей.

• Военный – используется для обнаружения вражеских войск и техники в условиях недостаточной видимости.

Стоит армейский прибор от 150 тыс. рублей.

• Медицинский – применяется при поиске заболеваний и дефектов в человеческом теле, для которых характерно локальное изменение температуры, например, опухолей.

Как правило, выпускается в стационарном исполнении на различных подставках с возможностью прямой передачи изображения на ПК.

Стоимость – от 500 тыс. рублей.

• Бытовой.

Применяется для домашних нужд в несложных эксплуатационных условиях.

Стоимость – от 20 тыс. рублей.

К бытовому также можно отнести так называемый мини-тепловизор – очень компактный прибор, который подключается к смартфону.

Его еще называют мобильный тепловизор.

Он использует экран и источник питания телефона, а также специально разработанное ПО для вывода температурной картинки неплохого качества.

Лазерный тепловизор – ошибочное название пирометра с лазерным целеуказателем.

В отличие от тепловизионной аппаратуры, пирометр представляет собой прибор для дистанционного (бесконтактного) измерения температуры поверхности тел.

Иными словами, на его экране отображается лишь показатель температуры точки, на которую направлен встроенный лазер.

Как выбрать тепловизор?

При выборе тепловизора необходимо ориентироваться на следующие параметры:

• Диапазон измеряемых температур – для бытовых нужд подойдет вариант с параметром от 0°С до +350°С.

• Разрешение инфракрасного-детектора – чем оно выше, тем более детальной будет картинка.

• Термочувствительность – чем ниже этот показатель, тем выше точность результатов.

• Условия эксплуатации и класс защиты – для бытовых и строительных нужд подойдет прибор, способный работать при повышенной влажности до 95% и температуре -20°С — +50°С.

• Наличие дополнительных функций – подсветка, цифровая камера, лазерный целеуказатель, компас, модули GPS, Bluetooth, Wi-Fi.

• Наличие дополнительных объективов.

Широкоугольные применяются там, где требуется исследование протяженного объекта, а телескопические – для получения четких изображений на большом удалении.

• Эргономика и хранение данных.

Преимущество отдается приборам, способным не только сохранять картинку в формате JPEG, но и отражать информацию по температуре.

Еще один важный показатель, на который следует обратить внимание – способ отображения данных на экране, который выражается в следующих режимах:

• Full IR – полноэкранная инфракрасная картинка.

• Picture-in-Picture – картинка в картинке (обычная фотография окружает тепловое изображение).

• Alpha Blending – наложение слоев тепловой картины и обыкновенной фотографии.

• IR/Visible Alarm – изображение, как на обыкновенном фотоаппарате, но места, где температура превышает пределы заданного диапазона, подсвечены определенным цветом.

• Full Visible Light – обычные фотоснимки.

Что нужно знать о тепловизорах?

Следует отметить, что хороший прибор, который соответствует даже самым минимальным требованиям, не может быть дешевым.

При этом все же можно сэкономить и купить для своих нужд недорогой китайский тепловизор, стоимость которого часто не превышает 10 – 13 тыс. рублей.

Но надо понимать, что их качество исполнения и картинки могут быть весьма сомнительны.

Причина в том, что ИК – датчик дешевой тепловизионной аппаратуры нередко имеет настолько низкое разрешение, что на выходе может получиться размытая разноцветная картинка.

Все остальные характеристики, как правило, также не соответствуют действующим стандартам.

Поэтому в таких случаях остается опираться лишь на отзывы тех, кто уже приобрел аналогичный прибор.

Производители тепловизоров

Среди производителей тепловизионных приборов заслуженное внимание уделяется следующим:

• PULSAR,
• FLUKE,
• FLIR,
• ПЕРГАМ,
• OPGAL,
• COX,
• Seek Thermal,
• TESTO,
• Torrey Pines Logic,
• GUIDE.

Современные тепловизоры — компактные и понятные в управлении приборы

Что такое тепловизор и как он работает

Тепловизор — это устройство, которое позволяет отследить распределение температуры исследуемой поверхности. Прибор состоит из оптики и сенсоров, которые работают в LWIR-диапазоне (инфракрасном). Обычные стеклянные линзы не пропускают LWIR-излучение, поэтому линзы для тепловизоров производят из германия (Ge) или халькогенидного стекла. Сенсор-микроболометр — это матрица миниатюрных тонкопленочных терморезисторов. Как работает тепловизор: объектив собирает и фокусирует на сенсоре инфракрасное излучение, которое нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта. В результате на экране видно распределение температур, где светлые пятна — теплые, а темные — более холодные.Фото сверху — это то, как мы видим пейзаж. Фото внизу — тот же пейзаж на экране тепловизора

Мифы о сезонности инструмента

Есть мнение, что тепловизор – сезонный инструмент. Что использовать его можно только зимой, когда перепад температур воздуха в помещении и на улице не менее 15ºС. Летом обеспечить такую разницу, конечно, невозможно. Но по факту это и не нужно. Во-первых, тепловизор нужен не только для обнаружения источников потерь тепла. Во-вторых, существует технология проведения энергоаудита в любое время года. Дело в том, что при небольшом перепаде температур внутри и снаружи дома утечка более теплого воздуха в условиях естественной конвекции происходит слишком медленно. За это время его температура успевает сравняться с уличной. Но если скорость утечки увеличить, температура воздуха не успеет сравняться, и тепловизор обнаружит дефекты. Для создания таких условий используется приспособление под названием «Аэродверь». Это ширма с мощным встроенным вентилятором. Её устанавливают в дверной или оконный проём. Вентилятор создает необходимую разницу давлений внутри и снаружи помещения (порядка 50 Па) и, как следствие, сохраняет существующий перепад температур. Даже для бытовых тепловизоров достаточно разности температур от 0,5 до 2°С, чтобы провести полноценный тепловой аудит помещения.

Когда без тепловизора не обойтись

У многих сложилось обманчивое впечатление, что тепловизор можно использовать только для определения теплопотерь. На самом же деле современные тепловизоры позволяют выявить:

• строительные дефекты как в частном, так и в многоквартирном строительстве. С их помощью можно провести полноценный энергоаудит здания;
• появление влаги, например, ещё не проявившуюся течь кровли;
• причины нарушения в работе теплого пола, отопления и водоснабжения;
• расположение скрытых коммуникаций;
• неисправность электропроводки;
• дефекты систем вентиляции и кондиционирования.
• Кроме того, некоторые модели тепловизоров можно применять для обнаружения цели во время охоты при недостаточной видимости.

Рассмотрим бытовые ситуации, с которыми нам приходится сталкиваться. Итак, что же сможет тепловизор на практике?

Найти строительные дефекты и провести энергоаудит

Если затраты на отопление подозрительно большие, если батареи горячие, а в доме холодно, вам необходимо провести энергоаудит, то есть понять, куда же уходит тепло. При сканировании строения тепловизором на экране четко видно зоны утечек тепла из дома или проникновения холодного воздуха с улицы. Полученные данные помогут найти и ликвидировать мостики холода. Таким нехитрым способом решается проблема лишних финансовых затрат и формируется комфортный климат в доме.  Тепловизионное обследование дома Основные источники теплопотерь — это окна, двери, стыки стен и венцов, но бывают случаи, когда тепловые провалы обнаруживаются в самых неожиданных местах. Причины могут быть самыми разными, например, грызуны нарушили целостность теплоизоляции, или она намокла и потеряла свои рабочие качества. Случается, что при покупке каркасного дома новые хозяева обнаруживают приличные мостики холода из-за неправильно уложенной теплоизоляции или полного её отсутствия в некоторых местах. Вывод напрашивается сам собой: покупаете дом или квартиру – проведите тепловизионное обследование. Это займёт всего несколько минут, но поможет сэкономить массу времени, денег и, что немаловажно, нервов.  Места теплопотерь не всегда очевидны. Выявить их без тепловизора невозможно

Предотвратить протечку, гниение стропил и пола, образование плесени

Течь кровли или подтопление со стороны соседей сверху не всегда очевидны. Размытые пятна на потолке проявляются, когда вода уже прошла сквозь перекрытия. Но с момента образования течи до момента её обнаружения может пройти немало времени, которое важно использовать грамотно. Тепловизор выявляет влажные области, еще не видимые глазу.Вот так на тепловизоре виден скат кровли, в котором уже образовались протечки С тепловизором вы точно определите места протечки кровли или замокания перекрытий, тем самым предотвратите порчу имущества, гниение несущей конструкции и разрастание плесени. «Холодные» цвета на теплограммах показывают влажные области потолка и стен Влага может проникать в помещение снизу — через подвал или подпол. И если эта проблема не обнаружена вовремя, она обернется не просто плесенью на стенах и испорченным микроклиматом помещения. Деревянные перекрытия пола могут прогнить и провалится. Такие проблемы знакомы многим владельцам частных домов с низким фундаментом или с недостаточно вентилируемым подполом. Порча деревянных перекрытий происходит быстро и практически бессимптомно, поэтому особенно важно выявить проблему ещё на начальной стадии. Учитывая стоимость ремонта полов, тепловизор лучше всегда держать под рукой.Черный цвет в углу показывает влажную область на стыке пола и стен

 

Точно определить место дефекта в работе систем отопления и водоснабжения

Холодные батареи и нарушение работы теплого пола для жителей некоторых регионов нашей страны — беда, недооценить масштаб которой невозможно. Если нет тепловизора, найти источник проблемы достаточно сложно. Если же инструмент имеется, выявить наличие и место образования воздушной пробки или течь водяного тёплого пола не составит труда. Здесь отлично видна воздушная пробка в радиаторе отопления А когда есть четкое понимание проблемы, устранить её – дело техники. Так же быстро и просто тепловизор обнаружит место течи горячей или холодной воды.  Результат тепловизионного обследования отопительной системы Тепловизор можно использовать и для обнаружения скрытых коммуникаций, например, труб подачи воды. Достаточно отрегулировать температуру теплоносителя и просканировать поверхность. Хорошо различимый дефект теплого пола

Выявить неисправности электропроводки

Определить «на глаз» работоспособность и безопасность электропроводки невозможно. Но при обследовании тепловизором картина проясняется, становятся видны все огрехи системы: можно выявить перетянутое, ослабшее или проржавевшее соединение с увеличенным сопротивлением. Cчитается, что о необходимости ремонта можно говорить при разнице температур аналогичных элементов в 15 ºС. Сканирование должно проводится при одинаковых нагрузках на всех исследуемых компонентах. Чтобы исследование электропроводки было адекватным, его должен проводить компетентный в данном вопросе мастер.  Тепловизор позволяет исследовать электропроводку и оперативно выявить дефекты в системе

Обнаружить проблемы с вентиляцией и кондиционированием

Нарушение работы вентиляции и кондиционирования сказываются на микроклимате помещения. Так, например, недостаточный воздухообмен приводит к распространению запахов в помещении, накоплению влажного воздуха и, как следствие, образованию и быстрому разрастанию плесени. Но чтобы устранить проблему, её необходимо выявить. Используйте для этого тепловизор: он точно укажет место течи хладогена из кондиционера или утечку воздуха в системе принудительной вентиляции. При исследовании вентиляции принцип работы будет тот же, что и в случае с летним энергоаудитом. Встроенный в систему вентилятор сделает своё дело: нагнетаемый из помещения воздух под давлением будет сочиться через дефекты воздуховода, не успевая остыть до температуры наружного воздуха. Этого небольшого перепада температур достаточно, чтобы тепловизор зафиксировал места утечки.

Почему вам нужен именно Seek Thermal

Seek Thermal – линейка мобильных тепловизоров, которые доступны по цене, просты в управлении и дают точные результаты измерений. Они разработаны и произведены в США, поэтому обладают серьезными профессиональными характеристиками стационарных моделей. При этом мобильные тепловизоры Seek Thermal пригодятся не только строителям, но и каждому обладателю частного дома или дачи для бытового использования. Seek Thermal Compact – это мобильные тепловизоры для смартфона или планшета. При очень компактных размерах они работают с удивительной точностью, поэтому используются как для бытовых, так и профессиональных нужд. Тепловизоры способны обнаруживать не только утечки тепла и холода, но и выявлять проблемы с электропроводкой. Эти модели можно использовать во время охоты: они позволяют «видеть» цель в любых погодных условиях даже в темноте. Seek Thermal Compactсовместимы с гаджетами под управлением на iOS и Android – устройств. Поддерживаемые порты: lightening, micro-usb и type-c. Перед их использованием необходимо установить специальное бесплатное приложение “Seek Thermal” из App Store или Google Play. Угол обзора моделей этой линейки от 20º до 36º, а дальность обнаружения от 300 до 550 м.    Тепловизор Seek Thermal CompactSeek Thermal Shot – это линейка самостоятельных тепловизоров-моноблоков, которым не нужно подключение к смартфону или планшету. Небольшие, удобные в управлении инструменты незаменимы для энергоаудита дома, диагностики электропроводки, поиска мест локального нагрева и перегрева техники. Они бесперебойно работают при низких температурах и в жестких погодных условиях. Прочный корпус, сделанный по стандарту IP54, защищает приборы от ударов и падения с высоты. Тепловизоры линейки Seek Thermal Shot позволяют редактировать и анализировать тепловизионные фотографии на самом устройстве, передавать и транслировать изображения с монитора по Wi-Fi или через приложение Seek View. У этой линейки тепловизоров есть еще одна интересная функция — Seek Fusion. Она позволяет проводить анализ полученных изображений прямо на самом тепловизоре. Пользователь может изменить палитру, точку и (или) область изображения и при этом увидеть температуру новой области, то есть не нужно переснимать заново нужный фрагмент. Угол обзора моделей линейки Seek Thermal Shot от 36º до 57º, дальность обнаружения от 300 до 500 м.  Тепловизор Seek Thermal Shot ProSeek Thermal Reveal PRO – самостоятельный тепловизор, не требующий подключения к гаджетам. Его корпус настолько прочный, что защищает прибор при работе в жестких погодных условиях, например, в проливной дождь, и помогает выдержать падение со значительной высоты. Тепловизор Seek Thermal Reveal PRO подходит как для энергоаудита жилища и выявления дефектов  в сети электропроводки, так и для охоты даже в плохих погодных условиях. При компактных размерах тепловизор оснащен экраном с высоким разрешением, что важно как для профессионального, так и для бытового использования.  Тепловизор Seek Thermal Reveal PRO

Как оценить выгоду от покупки тепловизора? 

Всё просто: цена тепловизоров Seek Thermal составляет примерно от 5 до 10 процентов стоимости строительства дома за 1 млн рублей. Много это или мало? Просто представьте, сколько будет стоить ремонт, если вовремя не распознать протечку крыши, подмокший пол, неисправность в системе электрики — и выводы будут очевидны. А сколько денег вы спустите на воздух в прямом смысле слова, если будете отапливать улицу вместо комнат. И кто, кроме тепловизора, расскажет вам правду о качестве утепления, состоянии несущих конструкций и дефектах скрытых коммуникаций при покупке дома? Тут счет идет на десятки тысяч рублей! Купить тепловизоры Seek Thermal по специальной цене со скидкой 10% можно по промокоду 7DACHST на shop.dadget.ru

Тепловизор – это устройство, которое способно получить изображение в инфракрасном диапазоне, причем в так называемом дальнем инфракрасном диапазоне с длиной волн от 7,5 до 14 мкм. Это принципиальная разница тепловизоров от других инфракрасных приборов, таких как приборы ночного видения. Дело в том, что инфракрасный диапазон волн электромагнитного спектра имеет более высокую длину, чем диапазон, видимый человеческому глазу.

Особенностью инфракрасного диапазона является то, что в воздухе инфракрасные волны распространяются неравномерно: волны с одной длиной поглощаются, другие же могут не поглощаться вовсе. Те участки инфракрасного диапазона, где волны не поглощаются атмосферой, называются окнами прозрачности атмосферы. В этих диапазонах и работают инфракрасные приборы, в основном их подразделяют на два типа:

— дальний инфракрасный диапазон от 8 до 14 мкм;

— ближний инфракрасный диапазон 3–5 мкм, он расположен ближе к видимому спектру.

В ближнем инфракрасном диапазоне распространяется в основном отраженное излучение, причем солнце, звезды и другие источники электромагнитного излучения светятся не только в видимом диапазоне, но и в инфракрасном, иногда даже более ярко. Поэтому приборы ночного видения позволяют фиксировать изображение ночью так же хорошо, как днем. Однако приборы, работающие в ближнем инфракрасном диапазоне, не являются тепловизионными. Как уже говорилось выше, они фиксируют лишь отраженные инфракрасные волны, поэтому могут подвергаться засветке при интенсивном отраженном излучении или не показывать ничего при полной темноте, когда нет ни одного источника излучения данного диапазона.

В связи с этим тепловизионные приборы преобразуют тепловое излучение от объектов и местности в видимое изображение и способны давать результат даже в полной темноте. Регистрируемое тепловое излучение является двухмерным, поэтому на дисплее тепловизора изображение визуализируется как черно-белое или «псевдоцветное», где тот или иной цвет будет соответствовать той или иной фиксируемой температуре объекта.

Устройство и принцип действия тепловизора

Техническое устройство и принцип действия тепловизора очень похожи на устройство обычного фотоаппарата. Инфракрасное излучение от нагретых предметов проходит через фокусирующую оптику и фиксируется инфракрасным сенсором (матрицей), далее полученное изображение поступает в цифровой электронный блок, где оно обрабатывается и выводится на экран дисплея.

Электромагнитные волны инфракрасного диапазона распространяются в соответствии с законами оптики, поэтому фокусирующая система тепловизора собирает эти волны и фокусирует их на инфракрасный сенсор, так же как и обычная оптическая линза. Фокусирующая оптика имеет важную характеристику – угол обзора. Чем больше этот угол, тем большая часть наблюдаемой сцены попадает на экран дисплея, но вместе с тем снижается детализация изображения.

Инфракрасный сенсор или чип по своему устройству напоминает матрицу фотоаппарата, поскольку характеризуется разрешающей способностью, которая указывается в количестве пикселей. Чем выше разрешение, тем более детализированное изображение получается. Разрешающая способность подобных датчиков ниже, чем у оптических, примерно 160х120 или 320х240 пкс. У наиболее современных моделей разрешение может составлять до 1024х768 пкс.

Очень важной характеристикой инфракрасного сенсора является динамический диапазон. Это диапазон температур, в пределах которого все объекты с такими температурами будут отображаться на дисплее.

Цифровой электронный блок обрабатывает полученное от инфракрасного сенсора изображение, убирает помехи и шумы, например вызванные собственным излучением воздуха, накладывает на изображение полезную информацию и различные данные, а также может выполнять ряд дополнительных функций (фото-, и видеозахват, выделение особо нагретых областей и т.д.)

Дисплей тепловизора тоже имеет ряд важных характеристик: диагональ, яркость и разрешение. Разрешение дисплея может не совпадать с разрешением инфракрасного сенсора, тогда итоговое изображение будет искажено. Например, если разрешение дисплея будет ниже инфракрасного сенсора – может пострадать детализация, если разрешение дисплея будет выше инфракрасного сенсора – станет заметным некорректное расстояние до объектов.

Необходимо заметить, что в работе тепловизионного оборудования есть своя специфика, например оно не дает изображения через стекло, воду или блестящие объекты, так как эти поверхности действуют как зеркала в системе.

Категории тепловизоров

Тепловизоры делятся на две категории: стационарные и переносные. Стационарные – это, как правило, тепловизоры третьего поколения, на основе матриц полупроводниковых приемников, для нормального функционирования которых часто используется азотное охлаждение.

Переносные – это наиболее современные тепловизоры, на базе неохлаждаемых микроболометров. Они более эффективны и во многом превосходят по функциональности стационарных собратьев.

Болометр – это тепловой приемник оптического излучения, который был изобретен в 1878 г. американским астрономом, физиком, пионером авиации Сэмюэлем Припонтом Лэнгли (1834–1936 гг.) Принцип действия прибора основан на изменении электрического сопротивления термочувствительного элемента вследствие нагревания его под воздействием поглощаемого потока электромагнитной энергии.

Проще говоря, главным компонентом болометра является очень тонкая, затемненная для лучшего эффекта поглощения пластинка, проводящая электрический ток. Эта пластинка из-за своей малой толщины довольно быстро нагревается под воздействием электромагнитного излучения, и ее сопротивление повышается. На основе болометра базируется большинство современных тепловизоров.

Неохлаждаемые инфракрасные детекторы делятся на классы: микроболометры, ферроэлектрики и другие типы. В свою очередь, микроболометры делятся на два подкласса – это микроболометры на оксиде ванадия (VOx), используемые в основном в США, и микроболометры на аморфном кремнии (a-Si). Ферроэлектрики также подразделяются на два подкласса – использующие толстопленочную технологию (Thick Film BST) и тонкопленочную технологию (Thin Film PLZT). К другим типам неохлаждаемых инфракрасных детекторов можно отнести Poly-SiGe и приемники на солях свинца.

Микроболометры на оксиде ванадия более чувствительные и работают при более низких температурах, их используют, как правило, для измерительных приборов. Пожарным и спасательным подразделениям высокая точность получаемой температуры не так важна, как высокая частота снимаемой информации, и для этой роли идеально подходят микроболометры с аморфным кремнием. Ферроэлектрики же значительно проигрывают микроболометрам.

Тепловизор является довольно дорогостоящим оборудованием, около 90% стоимости прибора приходятся на объектив и инфракрасный сенсор. Производство неохлаждаемых инфракрасных чувствительных элементов – очень наукоемкий и высокотехнологичный процесс. А в объективах используются редкие и дорогие материалы, такие как германий (Ge). В отличие от стекла германий обладает прозрачностью в инфракрасной области спектра, поэтому металлический германий сверхвысокой чистоты имеет стратегическое значение в производстве оптических элементов инфракрасной оптики. Именно поэтому в мире существует немного производителей, которые могут себе позволить содержать такое производство.

Отсюда

20Используемые источники:

• https://instrumentn.ru/izmeritelnye-pribory/teplovizor-naznachenie-i-vybor
• https://7dach.ru/kirill_dadget/teplovizory-sohranyat-teplo-i-sekonomyat-dengi-244347.html
• https://pikabu.ru/story/teplovizionnyie_pritselyi_i_priboryi_kak_yeto_rabotaet_7044658