Для контроля температуры объектов существует множество приборов. Однако, большинство из них способны лишь определить значение в конкретной точке. Для того, чтобы буквально увидеть температуру своими глазами существует тепловизор. Устройство преобразует невидимые человеческому глазу инфракрасные лучи в цветное изображение.
В этой статье мы расскажем о том, как работают такие приборы, какое у них назначение, разберем разные типы тепловизоров и их характеристики, а также составим подборку самых популярных моделей.
Принцип работы тепловизора
Каждый объект отражает не только видимый спектр цветов, но и ряд неразличимых волн. Одни из таких – инфракрасные. Чем интенсивнее излучение, тем выше температура самого объекта. Именно эти волны регистрирует тепловизор.
Сначала отраженный свет попадает на внешний объектив устройства. Оптика тепловизора пропускает весь спектр излучения, а не только видимый.
После этого свет проходит через призму, которая фокусирует его на матрице. Это микросхема с плотным набором резисторов, способных обрабатывать инфракрасное излучение. Иначе говоря, свет нагревает матрицу, а микропроцессор анализирует полученные данные.
После этого на дисплей выводится термограмма – обработанное изображение объекта в специальной цветовой гамме. Классический набор цветов меняется от красного к синему, с белыми и черными областями раскаленных или переохлажденных областей соответственно. Многие тепловизоры обладают другими палитрами. Например, «Железо» с преобладанием желтого и фиолетового цветов, «Монохром», где яркие объекты выделяются на темном однотонном фоне. Кроме того, можно настроить палитру самостоятельно.
Конструкция тепловизора
Разберем более подробно устройство прибора.
Все объекты, температура которых превышает абсолютный ноль – 273 °С, излучают инфракрасное свечение. Весь спектр отраженного света попадает на линзу из германия.
Альтернативами служат селенид цинка и халькогенидные стекла как более дешевая в производстве замена. В зависимости от модели тепловизора, внутри могут быть установлены фокусирующие линзы. Дополнительная оптика нужна для прицеливания на отдаленные объекты.
Далее следует матрица, на которой фокусируется излучение. Температурные датчики делятся по разным критериям. Первое деление – на охлаждаемые и неохлаждаемые. Наибольшее распространение получили вторые, т.к. первые требуют криогенной установки из-за их сверхчувствительности.
Другое разделение происходит на калиброванные и некалиброванные сенсоры. Первые формируют термограмму и измеряют температуру во всех точках. Вторые способны лишь создавать изображение в видимом спектре без замеров.
Собираемая информация отображается на дисплее. Подавляющее большинство тепловизоров оснащено фиксированным экраном, однако, есть модели с поворотной конструкцией. Они востребованы в промышленности, техническом обслуживании и других подобных сферах. Благодаря шарнирной основе, экран можно повернуть под удобным углом, при этом направив тепловизор на высоко расположенные объекты.
Основные элементы управления – кнопки, расположенные под экраном, а также большая клавиша-курок спуска на рукоятке. Некоторые тепловизоры оснащены сенсорным дисплеем. В меню выполняется настройка прибора, выбирается тип сохраняемых файлов и многое другое.
Все перечисленные элементы – основные детали любого измерительного тепловизора. Однако, есть модели, которые комплектуются дополнительными модулями. К ним относятся сменные объективы, которые предназначены для изменения угла поля зрения. Некоторые насадки адаптируют тепловизор под макросъемку для изучения плотно расположенных объектов, например, соединений в электрощитовых.
Данные хранятся на встроенной памяти и съемной карте. Многие модели тепловизоров оснащены выходами для подключения к телевизору или компьютеру. Наиболее продвинутые устройства передают эти данные по беспроводным Wi-Fi или Bluetooth.
Основные технические характеристики
- Рабочий диапазон. Показывает, какие температуры различает прибор. Большинство тепловизоров способно определять до + 600 °С, что достаточно для многих задач. Для работы с более горячими объектами предусмотрены приборы с диапазоном до + 1000 °С и выше.
-
Разрешение ИК-матрицы. Чем больше данное значение, тем более четким будет конечное изображение. Самые простые сенсоры обладают разрешением 80х60 или 120х90 пикселей. Это означает, что на матрице находятся 4800 или 10800 точек с уникальным значением температуры.
Внешний вид инфракрасной матрицы.Старшие модели оснащаются матрицами на 640х480, 1024х768 пикселей или более. Количество точек достигает нескольких сотен тысяч, что гарантирует четкое детализированное изображение.
У некоторых производителей есть технология виртуального увеличения размеров термограммы. Применяется 2-кратное растягивание изображение без потери качества, что повышает читаемость картинки.
- Чувствительность тепловизора. Способность матрицы обнаружить разницу температур между двумя соседними точками. Чем ниже данное значение, тем более незначительный перепад виден на экране. Чувствительность 100 мК означает, что между соседними точками на матрице должна быть разница не менее 0,1 °С. В противном случае прибор не распознает это, закрасив оба пикселя одним цветом. Чувствительность в 50 мК снижает этот порог до 0,05 °С.
- Частота обновления кадров. Показывает то, сколько раз в секунду меняется изображение на дисплее. Чем выше данный показатель, тем точнее будут данные, т.к. вы сможете обнаружить кратковременные перепады. Чаще всего используются 9 или 60 Гц, т.е. 9 или 60 кадров/сек. Некоторые профессиональные модели способны обновлять изображение со скоростью 120 и 240 Гц.
- Спектральный диапазон. Длина волны, которую распознает тепловизор. Все приборы работают с диапазонами от 8 до 14 мкм и от 3 до 5,5 мкм. Меньший из них применяется для обследования объектов с высокой отражающей способностью – стекла, зеркала, полированные металлы.
- Точность. При измерении температуры полученные данные могут отклоняться от истинного значения. Практически у всех тепловизоров это значение составляет около ± 2-3%. Этого достаточно даже для профессиональных задач, в том числе, для осмотра сложного оборудования. Результат можно улучшить, однако, для этого необходимо приобрести тепловизор с азотным охлаждением. Они применяются в научной сфере для лабораторных испытаний.
-
Дисплей. Размер экрана тепловизора связан с конструкцией самого измерителя. У приборов с пистолетной рукоятью дисплей редко превышает диагональ 3,5” и разрешение 640х480 пикселей. Если экран установлен на шарнирное соединение, то его размеры могут достигать 5” с плотностью точек до 1024х768.
Параметры дисплея никак не влияют на конечный результат. Термограмма, сохраняемая на компьютере, обладает собственным разрешением, зависящим от конкретного устройства.
-
Запись данных. Большинство тепловизоров сохраняет съемку в виде специального файла. Обработка возможна только в фирменных приложениях для компьютера и мобильных устройств. С помощью этих программ можно просмотреть изображение, определить температуру в каждой конкретной точке, сформировать отчет и т.д.
Некоторые приборы сохраняют данные в виде популярных форматов изображений JPG или PNG. Это облегчает просмотр файлов. Отдельные модели записывают видеозаписи в инфракрасном спектре. Это актуально при осмотре большого числа узлов, больших зданий и других подобных задач.
Применение тепловизоров
Такие устройства используются для неразрушающего температурного контроля. Это означает, что для наблюдения за объектами не нужно касаться поверхности. Это актуально во многих сферах:
- Коммунальные службы – контроль за состоянием теплотрасс, отопительных приборов, распределительных узлов.
- Ремонт – поиск мест наибольших теплопотерь, дефектов, плохой изоляции.
- Энергетика – обследование генераторов, поиск несправных соединений, определение состояния труб, дымоходов.
- Пищевая промышленность – контроль температуры замороженных продуктов, обследование холодильных камер и т.д.
Лучшие модели тепловизоров
Приборы данного типа подразделяются на несколько сегментов. Разделение идет по классам и категориям: бюджетные бытовые модели применяются для повседневного обследования домов и инженерных конструкций. Они обладают базовыми характеристиками и доступной ценой.
Профессиональные модели оснащены продвинутыми матрицами. Они обеспечивают высокую детализацию и точность термограмм, а также обладают рядом дополнительных функций.
Бюджетные модели
Данные приборы используются для наблюдения и бытового применения: осмотр дома на предмет теплопотерь, исследование батарей отопления и нагревательных котлов, поиск неисправностей на линии теплосети и т.д.
Из-за сравнительно низких показателей, полученные данные подходят для повседневного использования. Термограммы достаточно информативны для получения общих сведений об объектах.
Hikmicro E1L
Простой в обращении прибор, который не требует сложных настроек. Тепловизор определяет температуру до + 550 °C с точностью ± 2 °С. Полученные данные можно использовать для ремонта и базового технического обслуживания.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 160 × 120 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Поле зрения: 37.2 °× 50 °
Hikmicro B1L
Бюджетный тепловизор для регулярного использования. Для максимально точного результата в приборе вручную задаются основные параметры: коэффициент излучения, расстояние между целью и объектом, единица измерения и т.д. Если вы хотите упростить работу, то есть автоматическая настройка температурного диапазона. Точность измерение достигает ± 2% от конечного значения.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 160 × 120 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Поле зрения: 32,9 ° × 44,4 °
Профессиональные модели начального уровня
В тепловизоры установлены более продвинутые матрицы. Из-за доступной цены они обладают ограниченным функционалом. При этом приборы применимы для инспекции сложного оборудования, например, электрогенераторов.
Hikmicro M10
Тепловизор с профессиональной матрицей, который подходит для инспекционных работ. Температурный диапазон от - 20 до + 550 °C. Частота кадров в 25 Гц обеспечивает плавное изображение при наблюдении движущихся объектов. Для четкой картинки в ИК-режиме предусмотрен высокочувствительный детектор с разрешением 40 мК.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 160 × 120 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Поле зрения: 32,9 ° × 44,4 °
RGK TL-80
Прибор базового профессионального уровня для бытового и повседневного использования. Матрица обладает размерами 80х80 точек с чувствительностью 100 мК. Предельная температура в + 350 °С определяется с точностью до ± 2 %.
Также присутствует камера видимого диапазона. С ее помощью инфракрасное изображение накладывается поверх реального в процессе съемки. Технология помогает быстрее сориентироваться во время работы, обнаружив место утечки тепла быстрее.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 80 х 80 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Погрешность: 2 °C,±
Портативные модели
Устройства этого класса легко помещаются в карман или дорожную сумку благодаря компактным размерам. Также есть модели, которые подключаются к напрямую к мобильным устройствам. Термограмма выводится на дисплей смартфона или планшета, что облегчает использование измерителем.
Hikmicro Mini 1
Мобильный тепловизор, который подключается напрямую к гнезду смартфона. В бесплатном мобильном приложении будет отображаться термограмма, которая записывается в память устройства. Модель предназначена для отслеживания широкого температурного диапазона от - 20 до 350 °C. Частота обновления кадров составляет 25 герц. Благодаря этому достигается плавная и непрерывная картинка, что обеспечивает малую погрешность и точное измерение температуры.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 160 х 120 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Погрешность: 2 °C,±
Hikmicro Pocket 2
Карманный тепловизор для инспекции зданий, сооружений, коммуникаций. Несмотря на компактные размеры, внутри установлена матрица размером 256х192 пикселей. Температурный диапазон составляет от – 20 °С до + 400 °С при точности ± 2%. Полученных показателей будет достаточно для проведения ремонта, устранения утечек тепла и других несложных работ.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 256 х 192 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Погрешность: 2 °C,±
Профессиональные модели
Отличаются продвинутыми компонентами, в частности, более чувствительными и большими матрицами. Приборы используются не только для повседневных задач, но и для обслуживания промышленных и производственных зданий. Полученные термограммы обладают высокой точностью и детальностью.
Hikmicro G40
Тепловизор профессионального уровня, нацеленный на осмотр промышленных объектов. Установлена матрица размером 480х360 пикселей. Прибор поддерживает несколько режимов фокусировки на выбор, выдает качественное изображение и фиксирует температуры в широком диапазоне от - 20 до + 650 °C. Частота кадров в 50 Гц позволяет получить высокую плавность и четкость картинки.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 480 х 360 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Погрешность: 2 °C,±
Hikmicro G60
Высокое разрешение матрицы этого тепловизора в 640 х 480 пикселей дает предельно детализированную картинку. Вы можете самостоятельно выбирать палитру, в которой вам удобнее просматривать снимки. Если прибор обнаружит температуру, которая выходит за допустимые границы заданного диапазона, то вы услышите звуковой сигнал. Для более детального просмотра можно увеличить изображение до 8 раз. Модель можно подключить к смартфону или планшету через Wi-Fi.
Основные характеристики:
- Разрешение матрицы: 640 х 512 px
- Спектральный диапазон: 8-14 мкм
- Погрешность: 2 °C,±
Заключение
Тепловизоры могут применяться в самых разных сферах деятельности: в строительстве, ЖКХ, на производстве, в медицине, охране и многом другом. Сегодня на рынке представлено множество моделей на любой вкус и кошелек.
При выборе устройства необходимо обращать внимание на ряд важных характеристик:
- Рабочий диапазон.
- Разрешение ИК-матрицы.
- Чувствительность.
- Частота обновления кадров.
- Спектральный диапазон.
- Точность.
- Размер дисплея.
Четко определившись с тем, для каких задач будет использоваться тепловизор, вам не составит труда выбрать подходящую модель.