Матрица тепловизора

Выбор тепловизора

Тепловизор — компактный и универсальный прибор для наблюдения за распределением температуры на обследуемой поверхности. С помощью тепловизора можно «заглянуть внутрь» ограждающих строительных конструкций, выявить в них мостики холода и дефекты, обнаружить наличие и источник аномального нагрева или охлаждения, проверить герметичность новых зданий и сооружений, а также оценить работу электросетей, систем отопления и вентиляции. Все это выполняется методом дистанционного неразрушающего контроля. Результаты отображаются на экране прибора или сохраняются во встроенной памяти для дальнейшего использования. Например, для анализа конструкций или предъявления обоснованных претензий к строителям.

Первые тепловизоры появились, разумеется, у военных. Например, в СССР одним из первых относительно массовых тепловизионных приборов стал разработанный в 30-е годы XX века теплопеленгатор «Солнце-1», предназначенный для обнаружения и сопровождения надводных целей (кораблей) в темное время суток. К сожалению, прибор не получил распространения как из-за сложности изготовления, так и из-за недостатков, к числу которых специалисты отнесли ограниченные поисковые возможности (прибор обнаруживал суда на очень малой дистанции) и отсутствие индикации. Источник теплового излучения выявлялся оператором по повышению шума в наушниках при последовательном осмотре горизонта.

Устройство современных тепловизоров отличается от их военных прародителей и больше напоминает цифровые фото- и видеокамеры: в едином корпусе установлены все основные части прибора — объектив, матрица (сенсор), аккумуляторные батареи, цветной экран (дисплей) и разъемы для подключения к компьютеру и зарядному устройству. Объектив «собирает» тепловое излучение и фокусирует его на матрице. Полученные данные о распределении температуры на исследуемой прибором поверхности обрабатываются электроникой и отображаются на экране тепловизора в виде цветной картинки (называемой термограммой), где определенный цвет соответствует определенной температуре. Нагретые объекты отображаются теплыми цветами (красный, желтый), холодные — холодными цветами (синий и фиолетовый).

Наиболее технологически сложным (и, как следствие, самым дорогим) элементом тепловизора является матрица. Ее стоимость может составлять 40-60% от общей стоимости прибора. Назначение матрицы — преобразовывать полученное через объектив тепловое излучение в электрический сигнал. В современных тепловизорах используются твердотельные матрицы разных технологических поколений. Самые «продвинутые» невосприимчивы к «засвечиванию» солнечными лучами.

Одной из важнейших характеристик матрицы является разрешение. Чем оно больше, тем крупнее получается термограмма, и на ней лучше различимы небольшие детали, например мостики холода. Однако разрешение матрицы напрямую влияет на цену прибора: чем оно больше, тем выше стоимость. Размер матриц приборов начального уровня — 80×60 точек, наиболее совершенных — 1024×768 точек. Приборы среднего уровня имеют матрицы от 120×160 до 240×180 точек.

Еще одной принципиальной характеристикой прибора является допустимый температурный диапазон применения. У бюджетных приборов он составляет от -20 до +250…300 °С. Профессиональные тепловизоры имеют более широкий температурный диапазон: от -40 до +1200 °С и более. Это позволяет использовать тепловизоры не только для работы на стройках, но и в промышленности.

Хранение термограмм осуществляется либо во встроенной памяти прибора, либо на карте памяти. Объем встроенной памяти большинства приборов ограничен и рассчитан на хранение небольшого количества термограмм, как правило, это несколько десятков снимков, а основная запись ведется на стандартную SD-карту. Разные производители комплектуют свои приборы картами памяти разного объема: от 10 до 128 Гб. SD-карта — решение не самое новое, ведь сегодня на рынке представлены карты памяти с меньшими размерами, но для использования на стройке подобная миниатюрность скорее вред, чем польза, так как потерять, к примеру, карту формата микро-SDHC очень просто. Некоторые модели тепловизоров имеют дополнительные USB-разъемы, посредством которых можно подсоединить к прибору стандартные флеш-накопители. Многие тепловизоры оснащены дополнительной встроенной фотокамерой со своим объективом и матрицей. Такое конструктивное решение позволяет с одной точки выполнить съемку двух типов — в видимом и инфракрасном спектре. Дальнейшее наложение этих снимков друг на друга облегчает расшифровку и интерпретацию термограммы.

Наибольшее распространение тепловизоры получили в энергетике и при строительстве в районах со сложными климатическими условиями, например в Сибири и зонах вечной мерзлоты. В таких районах самые жесткие требования к качеству построек, и прежде всего к их теплозащитным свойствам, что обусловливает применение тепловизионного контроля на разных этапах возведения здания. Это позволяет определить возможные проблемные места и ликвидировать их с наименьшими потерями.

Сложность устройства современных строительных конструкций, большой объем выполняемых строителями работ, а также высокая цена их ошибки объясняют тот факт, что даже в условиях кризиса на рынке существует спрос на достаточно сложные и дорогие тепловизоры. Например, Fluke и FUR. Приборы этих компаний имеют матрицы (сенсоры) последнего поколения, невосприимчивы к засветке солнцем. Большой размер матриц и наличие автофокуса позволяют проводить дистанционную съемку с наименьшими трудозатратами.

В качестве примера таких приборов можно привести Fluke Ti400. Он имеет сменный объектив, автофокус и матрицу 320×240 точек, что, по мнению специалистов, является минимальным набором характеристик для прибора, предназначенного для профессионального использования. Помимо фото- и тепловизионной съемки такой прибор позволяет выполнять видеосъемку в видимом и ИК-диапазоне спектра излучения, а также сохранять результаты термографии в файлах популярного формата AVI. Это упрощает анализ результатов.

К числу достоинств прибора относится наличие слота для карты памяти и USB-разъема для флеш-накопителей. При термографии нескольких объектов можно записывать информацию о каждом из них на свой накопитель и хранить его отдельно.

Надо сказать, что приборы Fluke традиционно отличаются надежностью и эргономичностью. Так, компания гарантирует сохранение работоспособности своей техники после падения с двухметровой высоты. Отдельного упоминания заслуживает пластиковое кольцо, предназначенное для защиты объектива, и оригинальная крышка объектива. Она откидывается на шарнире таким образом, что не мешает работе с прибором. Потерять такую крышку тоже невозможно. При постоянной работе с тепловизором рука человека напрягается, поэтому очень облегчает работу фирменный ремешок, позволяющий в процессе работы, не выпуская тепловизор из рук, расслабить пальцы. В комплекте поставки тепловизора имеется два аккумулятора, которых при полной зарядке хватает на полный рабочий день (8 часов).

Организации, осуществляющие электро-технические и электромонтажные работы, используют тепловизоры для контроля нагрева и состояния электропроводки и электрооборудования под нагрузкой. Поставленные задачи обычно не требуют матриц больших размеров и высокого разрешения, а вот стоимость приборов для таких организаций играет принципиальную роль. Поэтому предпочтение отдается, как правило, тепловизорам с небольшой матрицей. Часто тепловизоры применяют совместно с токоизмерительными клещами. Это позволяет не только обнаружить нагрев электропроводки, но и определить, при каких условиях он происходит. Впрочем, во многих случаях для электротехнических работ предпочтительнее более дорогие, но и более совершенные приборы. Так, выпускаются мультиметры с тепловизорами, например Fluke 279. Прибор имеет жидкокристаллический дисплей 3,5 дюйма и позволяет измерять напряжение переменного/постоянного тока, сопротивление, целостность цепи, емкость конденсатора, выполнять проверку диодов и проч. Встроенный тепловизор с матрицей 80×60 точек позволяет быстро и безопасно выявлять аномальный нагрев электроцепей или электрооборудования.

Альтернативой комбинированному прибору может стать более доступный мультиметр и тепловизор. Например, мультиметр testo 760-1 и тепловизор testo 865. Мультиметр позволяет решить все наиболее важные электротехнические измерительные задачи. К его особенностям относятся использование функциональных кнопок вместо стандартного поворотного переключателя и автоматическое распознавание подключенного щупа. Это обеспечивает удобство эксплуатации и исключает риск выбора некорректных настроек. Тепловизор имеет матрицу с раз- решением 160×120 пикселей, широкий температурный диапазон от -20 до +280 °С и возможность настройки коэффициента излучения материала.

ТЕПЛОВИЗИОННЫЕ ПРИСТАВКИ ДЛЯ СМАРТФОНОВ

Популярность современных тепловизоров привела к появлению нового класса приборов: тепловизионных приставок для смартфонов (или планшетов) на базе iOs и Android. Пока такие устройства представлены ограниченным числом моделей, выпускаемых компаниями FUR и Seek Thermal.

Как мы видим, тепловизоры — это большая группа приборов с разным техническим уровнем и с разными возможностями. Проблематично найти универсальный прибор который подойдет для всех случаев применения. При выборе прибора стоит определиться, какие именно задачи с его помощью придется решать. Если тепловизор предполагается использовать для обследования крупных объектов, то необходим прибор с большой матрицей (минимум 320×240 точек), выдерживающей засветку солнцем, и набором сменных объективов, а также АКБ большой емкости с возможностью замены в полевых условиях. Такой прибор позволит уменьшить перемещение по объекту и увеличить производительность труда.

Для применения в строительстве, когда количество термограмм не столь велико, можно использовать прибор попроще, с матрицей, имеющей сравнительно небольшое количество пикселей. Впрочем, матрицу с разрешением менее чем 160×120 точек не имеет смысла брать, поскольку ограниченные возможности прибора скажутся на термограмме: невозможно будет «увидеть» весь объект целиком и различить мостики холода. Приборы с минимальной матрицей востребованы электриками.

Дополнительное программное обеспечение (ПО) даст возможность провести анализ или дополнительную обработку полученных данных. Например, выделить участки с температурой ниже точки росы. Как правило, ПО доступно для ноутбуков на Windows и MacOS и планшетов на iOS и Android. К числу полезных опций также относится встроенный фонарик для подсветки объекта съемки (или перемещения в неосвещенном помещении) и лазерный маркер (указка), с помощью которого можно точно направить тепловизор на исследуемый объект. Например, предполагаемое место с пониженной или, наоборот, повышенной температурой поверхности.

При всей своей высокотехнологичности тепловизоры достаточно простые и интуитивно понятные в работе приборы. При их использовании необходимо лишь следовать достаточно простым правилам: не направлять тепловизор на солнце, а также следить за тем, чтобы разница температуры объекта измерения и температуры воздуха составляла не менее 5-6 °С. Предпочтительное время работы с тепловизором — после восхода солнца, с ранней осени до поздней весны. Летом, когда солнечные лучи прогревают и землю, и постройки, тепловизор на стройке не так эффективен.

Определенной подготовки требует расшифровка и анализ термограмм. Поэтому, если тепловизор предполагается использовать в коммерческих целях, например для энергетического аудита зданий и сооружений, необходимо пройти обучение в профильном учебном центре по программе «Инфракрасная термография» с аттестацией по действующим в России правилам аттестации персонала ПБ 03-440-02. Начальные уровни (1-й и 2-й) предполагают обучение в течение 1-2 недель.

Матрица тепловизора

по неразрушающему контролю

Матрица тепловизора. Виды матриц. Влияние размера матрицы на результат работы.

Матрица тепловизора – приемник, или детектор излучения, принимающий и преобразующий энергию оптического излучения ИК-спектра в электрический сигнал, пропорциональный мощности поглощенного ИК-излучения их чувствительными площадками.

Рис. 1 — Устройство матричного ИК-детектора.

Матричные фотоприемники, устанавливаемые в фокальной плоскости объектива, состоят из множества чувствительных элементов, расположенных по рядам и столбцам прямоугольной матрицы.

Таким образом, в тепловизоре каждый пиксель — это измеренное значение температуры в данной точке. Так, тепловизор с размерами матрицы 320×240 пикселей отображает ИК изображение, состоящее из 76800 значений температуры.

Рис.2 — Внешний вид ИК-матрицы в модуле.

Количество элементов ИК-матрицы определяет качество получаемого инфракрасного изображения. Помимо функциональной пригодности, минимальный размер матрицы тепловизора, используемого при решении различных задач, может быть регламентирован нормативными актами в применяемой сфере. Например, согласно ГОСТ Р 54852-20011 размеры матрицы должны составлять не менее 160х120 элементов, а согласно РД 13-04-2006 не менее 240х128 элементов.

Размер матрицы (датчика) определяет разрешающую способность тепловизора. В настоящее время распространены тепловизоры с матрицами 160х120, 320х240 и 640х480 пикселей.

Тепловизором с матрицей 160х120 элементо можно проводить контроль систем вентиляции, отопления, электротехнического оборудования, а также обследование ограждающих конструкций зданий высотой не более 1-2 этажей.

Камеру с такой матрицей целесообразно использовать для контроля областей с плавными перепадами температур на относительно большой площади (наблюдение за охлаждающими системами) и объектов с большой разностью температур, где равномерность распределения таковой не имеет значения (перегрев контакта одной из фаз токоведущих элементов).

Для обследования более высоких объектов, таких, например, как многоэтажные дома и дымовые трубы, необходим тепловизор с разрешением матрицы 320х240 пикселей.

Такой тепловизор целесообразно использовать также для контроля ограждающих конструкций, электрических машин и линий электропередач (с дополнительным узкоугольным объективом).

Камера с матрицей 640×480 является универсальной для наблюдения практически всех объектов регламентированных ПБ 03-372-00, а также для разносторонних технологических решений и научных изысканий. Кроме того, позволяет вести контроль удаленных (высотных) объектов без применения дорогостоящих узкоугольных объективов.

Влияние размера матрицы на результат работы

Качество изображения, или разрешение камеры, является важным фактором. Высокое разрешение помогает более точно увидеть, измерить и понять процессы, происходящие в объекте контроля.

Камеры с высоким разрешением позволяют увидеть мелкие детали на большом расстоянии от объекта. В отличие от тепловизоров с низким разрешением, они позволяют охватить больший участок без потери информации о температуре элементов объекта на инфракрасном изображении.

Матрица 160х120 пикселей

Матрица 320х240 пикселей

Матрица 640х480 пикселей.

Рис. 4. Пример сравнения измеренной температуры нагретого узла на разных матрицах.

Кроме то, камера, например, с разрешением 640х480 пикселей, оборудованная широкоугольным объективом, позволяет запечатлеть участок размером приблизительно 4 х 3 м с расстояния 5 м всего одним снимком. Чтобы проверить тот же объект без потери качества с помощью камеры с разрешением 160х120 пикселей, потребуется сделать 16 изображений и с более близкого расстояния.

Рис. 5. Пример сравнения размера изображений матриц на 640х480 и 160х120 элементов.

Таким образом, использование тепловизоров с небольшими размерами матриц целесообразно для решения простых задач, не связанных с серьезными тепловизионными обследованиями и энергоаудитом.

Зарегистрировано на сайте

Копирование информации сайта разрешено только с письменного согласия администрации

Источники:
Выбор тепловизора
Выбор тепловизора Тепловизор — компактный и универсальный прибор для наблюдения за распределением температуры на обследуемой поверхности. С помощью тепловизора можно «заглянуть внутрь»
http://stroymanual.com/vyibor-teplovizora/
Матрица тепловизора
Сообщество специалистов по тепловизионной диагностике NDT-PRO. Форум. Учебные курсы. Книги и статьи по термографии.
http://ndt-pro.ru/ndtpro_post11.html

COMMENTS