Тепловизоры — это приборы, которые предназначены для исследования поверхности объектов с целью определения их температуры. Любое тело, имеющее температуру выше -273.15 °C, испускает тепловое (инфракрасное) излучение. Даже снег и лед.
Для человеческого глаза оно не заметно, так как орган зрения способен уловить длину электромагнитной волны в диапазоне от 0.38 до 0.76 мкм. Инфракрасные лучи имеют диапазон от 0.76 до 1000 мкм. Их распространение можно ощутить лишь с помощью тепловых рецепторов на коже с очень близкого расстояния. Тепловизор же способен уловить инфракрасное излучение, находясь вдалеке от источника тепла, и вывести показатель температуры и характеристику температурного поля в визуально понятной форме на дисплей или экран.
По-другому можно сказать, что тепловизор — это камера, снимающая в инфракрасном диапазоне. С его помощью можно мгновенно сделать десятки тысяч измерений температуры. Это касается не именно такого количества отдельных предметов, а точек распознавания, излучающих тепло. Из определения понятно, что тепловизор нужен для поиска мест и объектов, температура которых отличается от окружающей среды или превышает нормативные показатели.
Это может пригодиться для определения источника теплопотерь в жилых домах, при контроле за целостностью трубопроводов, перемещающих нагретые вещества, определении мест замыкания электропроводки и так далее. Широкое распространение получили тепловизоры у военных. Они позволяют обнаружить замаскированную живую силу и боевую технику противника по излучаемому ими теплу, независимо от времени суток и погодных условий. Огромную роль играют тепловизоры в предупреждении распространения инфекционных заболеваний, выявляя людей с повышенной температурой. Особенно это пригодилось с появлением новой коронавирусной инфекции.
Какие бывают тепловизоры
Тепловизоры могут быть нескольких видов и предназначений. Одни используются для поиска и наблюдения за объектами, в том числе людьми и животными. Такие приборы характеризуются большой дальностью, но показывают только тепловое пятно, без конкретных значений. Другие, наоборот, действуют в ограниченном пространстве, но могут выдавать точные показания. Эти относятся к классу измерительных устройств, задачей которых является предоставление информации о точной температуре объекта.
Учитывая это, а также другие особенности тепловизоров их можно разделить на:
- охотничьи;
- военные;
- морские;
- медицинские;
- строительные и промышленные;
- научные;
- мультисенсорные;
- тепловизоры автоматизированных систем.
Охотничьи и военные тепловизоры позволяют увидеть живой объект с большого расстояния. Сам тепловизор никакого излучения при этом не испускает, что делает его незаметным, а это важно в боевой обстановке. Устройство позволяет найти технику по тепловому следу от горячих деталей. Военным это помогает уничтожить боевые средства противника, а охотникам выйти из леса, если они заблудились. Морские тепловизоры характеризуются еще большей защищенностью, чем военные и охотничьи модели. В первую очередь, от попадания внутрь соленой воды. Корабельные тепловизоры находят людей или терпящее бедствие судно в самых сложных метеорологических условиях.
Тепловизоры, предназначенные для применения в медицине, отличаются повышенной точностью измерений. Ведь даже отклонение в 1°С может дать ложное представление о болезни. Кроме того, что устройство помогает узнать о наличии в организме инфекции, оно может выявить и заболевание в отдельном органе. Рядом с проблемным местом температура повышается.
Строительные и промышленные тепловизоры помогают своевременно выявить возможные дефекты, допущенные при возведении зданий и сооружений, которые могут повлечь не только утечку тепла, но и привести к разрушению конструкции. С их помощью можно выявить опасные неисправности в высоковольтных линиях электропередач или утечку в газопроводах. Тепловизором можно найти даже скрытую трещину в опоре моста. Из-за трения температура, в месте разрушения, будет несколько выше. Кроме этого, тепловизоры могут применяться для:
- контроля герметичности системы охлаждения и выхлопной системы автомобильного двигателя;
- тестирования качества ультразвуковой сварки;
- определения нарушений герметичности различных емкостей;
- выявление нарушений соосности в механизмах с вращающимися валами, шестернями и подшипниками и так далее.
Устройства, предназначенные для использования в научной сфере, тоже отличаются точностью. Кроме этого, им необходима повышенная защищенность и способность принудительного охлаждения. Так как эксперименты часто проходят в самых экстремальных условиях.
Мультисенсорные тепловизоры нашли свое основное применение в охранных системах. Их универсальность и многозадачность позволяет максимально обезопасить территорию и защищаемые объекты в любое время суток, даже при нулевой видимости.
Тепловизоры автоматизированных систем ведут мониторинг работающего оборудования и контролируют состояние температурного режима, предупреждая о приближении к критическим значениям. Кроме этого, будучи подключенными к автоматизированной системе, они обнаруживают в пассажиропотоке людей с повышенной температурой тела, сообщая об этом оператору.
Принцип работы тепловизора
Работа тепловизоров заключается в преобразовании излучения инфракрасных волн в электрический сигнал и его вывод на устройство индикации. Простыми словами можно так описать этот процесс:
- Объект, имеющий температуру выше абсолютного нуля (-273.15 °С), испускает инфракрасное излучение.
- Объектив тепловизора фокусирует его на инфракрасном детекторе.
- Детектор направляет сигнал электронному блоку, в котором происходит обработка сигнала.
- На дисплей выводится тепловизионное изображение.
Спектральный диапазон работы тепловизоров в пределах от 3 до 5.5 мкм и от 8 до 14 мкм позволяют хорошо видеть инфракрасное излучение в приземных слоях атмосферы. Лучше и дальше всего видны объекты с температурой от -50 °С до +500 °С. Кроме этого, такой диапазон волн позволяет не замечать помех от тумана, дождя или снега.
Еще одним принципиальным моментов является зависимость чувствительности тепловизора от собственной температуры. Поэтому детектор ИК-излучения необходимо охлаждать. Сначала стали применять охлаждение с помощью жидкого азота. Но более удобным способом стало применение элементов Пельтье. Эти полупроводники, пропуская через себя ток, охлаждаются сами и принимают тепло от детектора.
Устройство тепловизора
Большинство тепловизоров состоит из стандартного набора узлов, деталей и электронной начинки:
- объектив;
- датчик-приемник инфракрасного излучения;
- электронный блок обработки сигнала;
- дисплей;
- программное обеспечение;
- память;
- система управления.
Основными частями тепловизора являются объектив и датчик-приемник инфракрасного излучения (матрица). Их стоимость определяет 90% цены всего устройства. Причина в сложности изготовления и дорогих материалах. Объектив делают из германия, так как обычное стекло является непреодолимым препятствием для ИК-лучей. В комплекте с тепловизорами обычно идет чехол для хранения объектива.
Полупроводники для датчика изготавливают из дорогостоящего антимонида индия, ртуть-кадмий-теллура и других монокристаллов с похожими свойствами. Приемник преобразует прошедшее через объектив излучение в электрический сигнал и направляет его в электронный блок для дальнейшей обработки. Электронный блок, обработав полученный сигнал, передает его на дисплей.
Для четкого отображения теплограммы, дисплеи должны обладать хорошей яркостью, разрешением и достаточным размером. Чаще всего, они представляют собой жидкокристаллические экраны. Кроме инфракрасного изображения на мониторе могут отображаться:
- температурная шкала;
- дата и время;
- уровень заряда аккумулятора и другое.
Используемое программное обеспечение позволяет обработать цифровую информацию, превратив ее в качественное изображение и скопировать на любые носители. Для хранения полученных данных, в виде снимков, видео- и аудиозаписи, применяется как встроенная память, так и внешние устройства. Для освобождения места, всю информацию можно перенести в компьютер.
С помощью системы управления осуществляются настройка тепловизора. Это необходимо, чтобы оптимизировать изображение и лучше видеть точки с аномальной температурой. Настройки позволяют менять цветовую гамму, отрегулировать коэффициент излучения и видимость фоновой температуры, а также выполнить другие необходимые действия, помогающие проанализировать температурную ситуацию.
Как измерять температуру человека
Измерение температуры тела человека является, наверное, одной из самых важных функций тепловизора. Ведь от этого зависит жизнь и здоровье людей. Поэтому такой прибор должен обладать большой точностью. Их погрешность составляет не более 0.5 °С. А измерение производится с расстояния от 1 до 1.5 м, что является безопасным для медицинского работника, если человек инфицирован.
Медицинские тепловизоры имеют достаточно большой объем встроенной памяти и могут сохранить до 100 000 тепловизионных изображений с данными конкретных людей. А входящая в комплект тренога позволяет устанавливать их, например, на проходных предприятия.
Как работают тепловизоры в аэропортах и на вокзалах
Если для медицинских приборов важны конкретные показатели температуры, то для тех, которые установлены в аэропортах и железнодорожных вокзалах, особую важность имеет выявление факта ее превышения. А после этого уже врачи будут разбираться с диагнозом и лечением. Учитывая, что люди в таких местах находятся в одежде, и только лицо остается открытым, именно с него, вернее со лба, производятся замеры. Наиболее точно температуре тела соответствует кожа в углу глаз, но многие люди носят очки, что мешает снятию инфракрасного излучения с этого участка кожи. Оптимальным расстоянием для получения лучшего результата является дистанция от 3 до 6 м.
Для стационарных приборов, устанавливаемым в местах с большим количеством людей, предусмотрено специальное программное обеспечение, которое использует алгоритм распознавания конкретных лиц. При этом игнорируются другие, неживые объекты. Такие устройства работают в автоматическом режиме. Заложенные параметры позволяют настроить звуковую сигнализацию, которая срабатывает при выявлении человека с повышенной температурой. Оператору нет необходимости все время смотреть в монитор.
Применяемые в аэропортах тепловизоры, несмотря на всю важность своей работы, являются самыми примитивными представителями этих устройств. Зачастую они даже не оборудованы цветными дисплеями. Хотя это и необязательно, градусы они все же показывают.
Тепловизор для охоты
Еще одной сферой деятельности человека, где применяются тепловизоры, является охота. С их появлением добыть зверя стало гораздо более легкой задачей. Ведь теперь охотник видит животное не только ночью, но и в сильный снег и туман, с расстояния около 300 м. Такие приборы отличаются от других своими характеристиками. Особое значение имеют:
- разрешение матрицы;
- диаметр объектива;
- частота обновления кадров;
- продолжительность непрерывной работы;
- защищенность;
- наличия дополнительных опций.
Значение разрешения матрицы в том, что от него зависит то, на какой дальности будет обнаружена цель. Высокое разрешение позволяет получить качественное изображение и идентифицировать животное. Это нужно и для безопасности, так как тепловое пятно зверя можно перепутать с излучением другого охотника. На большинстве охотничьих устройств установлены неохлаждаемые матрицы, называемых микроболометрами, с разрешением 640×480 или 384×288 пикселей.
От диаметра объектива зависят оптическое увеличение и поле угла зрения. Увеличение и угол взаимосвязаны между собой. Чем шире угол поля зрения, тем меньше оптическое увеличение, и наоборот. Чтобы вести прицельную стрельбу на дальней дистанции нужно выбирать приборы с меньшим углом и большим увеличением.
Частота обновления кадров характеризует скорость смены кадров в видоискателе устройства. Если для стационарных тепловизоров и медицинских устройств этот показатель не представляет важности, то для охоты он имеет критическое значение. Ведь, для попадания в быстро бегущую цель необходимо, чтобы кадры сменялись без зависаний. Это обеспечивает частота от 25 до 50 Гц.
От продолжительности непрерывной работы тоже зависит очень много. Ведь будет обидно, а иногда и опасно для жизни, если устройство перестанет работать в самый неподходящий момент. Чтобы этого не случилось, охотничьи тепловизоры оборудуются аккумуляторами с повышенной емкостью. Но опытные охотники берут еще и дополнительный запас батарей. Можно приобрести быстросменные блоки с аккумуляторами, чтобы увеличить время работы устройства. Помочь оптимизировать время действия тепловизора может и программное обеспечение, которое позволяет настроить спящий режим, яркость дисплея и отключение некоторых функций, требующих энергозатрат.
Говоря о защищенности, имеется в виду, что охотничий тепловизор эксплуатируется в самых разных условиях. Это может быть и повышенная влажность, и экстремальные температуры, и чрезмерные механические нагрузки. Считается, что качественный тепловизор охотника должен сохранять работоспособность при температуре от -30 °С до +50 °С и не выключаться после падения с 2-х метровой высоты.
К дополнительному оборудованию и опциям, свидетельствующим о принадлежности устройства к охотничьим тепловизорам, относятся:
- стадиометрический дальномер и баллистический калькулятор;
- микрофон с видеорекордером;
- гироскоп, компас и акселерометр;
- возможность пристрелки с одного выстрела;
- функция показа картинки в картинке;
- передача данных по Bluetooth и Wi-Fi;
- наличие цифрового зума;
- пульт дистанционного управления;
- внешний монитор или способность передавать информацию на экран смартфона;
- лазерный дальномер.
Казалось бы, что при таком наборе, охотничий тепловизор просто лишен недостатков. Но это не так. Среди его минусов:
- высокая стоимость, в том числе комплектующих и дополнительного оборудования;
- трудность в определении цели на большой дальности;
- энергозависимость от аккумуляторных батарей.
Все сказанное об охотничьих тепловизорах в полной мере относится и к военным моделям.
Что лучше на охоте: тепловизор или прибор ночного видения
Таким вопрос иногда задаются не только далекие от охоты люди, но и бывалые охотники, раньше не пользовавшиеся этими устройствами. Сразу стоит сказать, что вопрос некорректен. Ведь это абсолютно разные устройства.
Прибор ночного видения предназначен для усиления яркости объектов в темноте. Это происходит с помощью электронно-оптического преобразователя. Хотя он и может преобразовывать инфракрасные лучи в видимые, но только определенного спектра, не имеющего отношения к излучаемому теплу. Принцип работы активных прицелов основан на излучении и улавливании, после отражения от цели, именно таких ИК-лучей.
Устройство для регистрации теплового излучения никакой активности не проявляет. Оно лишь пассивно фиксирует невидимые глазу ИК-лучи, попадающие в объектив. По этой причине говорить о том, что лучше, а что хуже, нельзя.
Опасность тепловизоров
Опасность тепловизионного устройства — это один из мифов. Неспециалисты думают, что раз прибор может на расстоянии зафиксировать электромагнитные волны, значит он использует какое-то излучение. Но выше мы уже разобрались, что никакого излучения не существует. Поэтому можно с уверенность сказать, что тепловизор никакой опасности для жизни и здоровья человека не несет.
Единственное, что может вызывать опасение, так это то, что неисправный прибор покажет нормальную температуру у инфицированного человека, который заразит окружающих. Но, поставив прививку, можно легко избежать этой угрозы легко.
Загрузка...
