Здавалка
Главная | Обратная связь

История развития современного термографа



 

Развитие системы современного тепловидения пришлось на 60-е годы прошлого столетия. Изначально такие тепловизоры имели вид одноэлементного приемника, в котором изображение строилось с помощью точечного смещения оптической аппаратуры. Такие приборы позволяли вести наблюдения за малейшими тепловыми изменениями в объекте измерения с очень низкой скоростью и были очень работоспособными и производительными.

Создание современных портативных тепловизоров, с большой скоростью воспроизведения и обработки информации, позволяющих производить наблюдения за изменением температуры объекта в режиме реального времени стало возможным благодаря появлению и развитию фотодиодных ячеек ПЗС, которые позволяют сохранить принятый световой сигнал. Сейчас тепловизоры создаются на основе матрицы ПЗС датчиков, таким образом, полученные сигналы обрабатываются дешифратором, проходят подготовку в процессоре устройства, сигналы выстраиваются с определенной последовательностью, после чего проецируются на ЖК матрицу в виде распределения температуры, обозначенных различными цветами. В итоге получается изображение, представляющее собой разноцветный рисунок, где каждому цвету задается определенная температура.

 

 

2.2.Отличие инфракрасной съёмки от термографии

 

Инфракрасная съёмка излучения соответствует температуре между 250 °C и 500 °C, в то время как диапазон термографии примерно от -50 °C до более, чем 2000 °C. Так, для инфракрасной съёмки для показа чего-либо температура объекта должна быть свыше 250 °C или объект должен отражать инфракрасное излучение, исходящее от чего- то горячего. Очки ночного видения обычно только усиливают небольшое количество света, которое создаётся, например, звёздным светом или луной, и через них невозможно увидеть тепло или работать в полной темноте.

 

 

2.3.Виды термографии: Пассивная и активная

 

Все объекты с температурой выше абсолютного нуля испускают инфракрасное излучение. Следовательно, отличный способ для измерения тепловых изменений состоит в том, чтобы использовать устройство инфракрасного видения, обычно блок фокусных плоскостей тепловизора позволяет обнаруживать излучение в средних (от 3 до 5 м) и длинных (от 8 до 15 м) волнах инфракрасной полосы частот, обозначаемых как MWIR и LWIR и соответствующим двум инфракрасным окнам с высоким коэффициентом пропускания. Неправильно выбранный диапазон температур, исследуемый на поверхности объекта, указывает на потенциальную проблему.

В пассивной термографии особый интерес представляет повышение или понижение природного температурного уровня по сравнению с температурой окружения. У пассивной термографии много применений, так их, как наблюдение людей на сцене или в медицине. В активной термографии иначе — там источник энергии должен создавать температурный контраст между интересующим объектом и фоном. Активный подход необходим во многих случаях, когда исследуемые части находятся в температурном равновесии с окружающей средой. Современные тепловизоры позволяют с помощью специального программного обеспечения определять температуру в каждой точке термограммы.

 

2.4.Преимущества и недостатки термографии

Главным преимуществом термографии является применение во многих областях промышленности. Спектр промышленных применений включает в себя как мониторинг состояния оборудования и предупредительное обслуживание, так и использование и анализ данных для планирования более эффективной стратегии обслуживания. Но нельзя обойтись без недостатков. Единственный существенный недостаток вызван применением камеры в промышленной среде. Оперирование камерой может быть чем-то обременительным и может занять довольно много времени, пока пользователю не станет комфортно. Сводка преимуществ и недостатков приведена в таблице ниже.

 

Преимущества термографии Недостатки термографии
· Контакт между поверхностями исключён · Безопасно для окружающей среды · Устойчивость к магнитному шуму · Передаёт информацию в реальном времени · Надёжно благодаря практически неограниченному сроку службы · Может показывать визуальное изображение, что помогает в сравнении температур на большой площади · Даёт возможность захвата движущихся целей в реальном времени · Позволяет находить аварийные элементы до их выхода из строя · Измерение в областях, где другие методы невозможны или опасны (взрывоопасная среда)     · Качественные камеры дороги и их легко повредить · Ограничение применения программного обеспечения на некоторых системах · Обучение и содержание в штате специалиста по инфракрасному сканированию требует затрат времени и средств · Возможность измерения только температуры поверхностей · Расстояние до объекта, обстановка окружения, температура окружающей среды могут повлиять на качество термограммы · Окружение объекта должно иметь равномерно распределённую температуру и не должно включать горячие зоны, расположенные так, что объект будет отражать их излучение  

 

Глава III. Что такое тепловизор

 

В наш век высоких технологий, когда необходимо быстро и с максимальной эффективностью получать важную информацию, например, о состоянии высокотехнологичного, производственного оборудования, чтобы вовремя предотвратить его поломку и устранить неисправность целесообразно использовать высокоточную технику. Идеально подходит под эти требования прибор под названием тепловизор или другое название тепловизора-тепловизионная камера.

Тепловизор(инфракрасная камера)- оптико-электронный измерительный прибор, работающий в инфракрасной области электромагнитного спектра, "переводящий" в видимую область спектра собственное тепловое излучение людей или техники. Тепловизор напоминает телевизионную камеру. Чувствительный элемент тепловизора - матрица (решетка) миниатюрных детекторов воспринимает инфракрасные сигналы и превращает их в электрические импульсы, которые после усиления преобразуются в видеосигнал. Тепловизор может использоваться, как прибор для бесконтактного измерения температуры объектов и температурных полей. Различают как визуальные, так и измерительные тепловизоры. Первые просто делают изображение в инфракрасных лучах видимым в той или иной цветовой шкале. Измерительные тепловизоры, кроме того, присваивают значению цифрового сигнала каждого пикселя соответствующую ему температуру, в результате чего получается картина распределения температур.

Тепловизор необходим для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров - 0,1°С.

Тепловизоры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 900-14000 нанометров или 0,9-14 µм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места. Так как инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру, согласно формуле Планка для излучения чёрного тела, термография позволяет «видеть» окружающую среду с или без видимого света. Величина излучения, испускаемого объектом, увеличивается с повышением его температуры, поэтому термография позволяет нам видеть различия в температуре. Когда смотрим через тепловизор, то тёплые объекты видны лучше, чем охлаждённые до температуры окружающей среды; люди и теплокровные животные легче заметны в окружающей среде, как днём, так и ночью. Как результат, продвижение использования термографии может быть приписано военным и службам безопасности.

Создание термограмм на основе тепловых изображений нашло много применений. Например, пожарные используют их для обнаружения дыма, поиска людей и установления очагов возгорания. С тепловыми изображениями техники, обслуживающие линии электропередачи, обнаруживают перегрев в местах соединений и части, находящиеся в аварийном состоянии, требующие устранения потенциальной опасности. Когда нарушена теплоизоляция, строители могут видеть утечку тепла и предотвратить осложнения при охлаждении или обогреве системами кондиционирования воздуха. Тепловизоры, делающие снимки, также устанавливаются в некоторых автомобилях класса «люкс» для помощи водителю, например, в некоторых моделях «Кадиллак» с 2000 года. Некоторая физиологическая деятельность организма, требующая более пристального внимания у людей и теплокровных животных, также может быть наблюдаема при помощи тепловых изображений.

Внешний вид и работа современных тепловизоров часто похожи на работу видеокамеры. Возможность человеком видеть в инфракрасном диапазоне — настолько полезная функция, что способность делать запись таких изображений часто является второстепенной функцией. Поэтому модуль для записи не всегда встроен.

Вместо ПЗС датчиков большинство тепловизоров используют блок фокусных плоскостей КМОП. Наиболее часто используются типы блоков фокусных плоскостей из антимонида индия, арсенида галлия и индия, теллурид ртути и кадмия. Новейшие технологии позволяют использовать недорогие неохлаждаемые микроболометрические датчики. Их разрешение более низкое, чем у оптических камер, — в основном 160x120 или 320x240 пикселей до 640x512 у наиболее дорогостоящих моделей. Тепловизоры более дорогостоящие, чем их аналоги для видимой части спектра и на модели высокого класса часто накладываются экспортные ограничения. Старые болометры и более чувствительные модели, такие, как с использованием антимонида индия, требуют криогенное охлаждение, обычно охладитель с циклом Стирлинга в миниатюре или охлаждение жидким азотом.

В наиболее бюджетных моделях тепловизоров, информация записывается в память устройства и может быть считана через интерфейс подключения к компьютеру. Такие тепловизоры обычно применяют в паре с ноутбуком или персональным компьютером и программным обеспечением, позволяющим принимать данные с тепловизора в режиме реального времени.

Тепловизор должен входить в стандартный набор инструментов технических инженеров, осуществляющих тепловой контроль на предприятиях. Специально для этих целей были разработаны портативные высокопроизводительные тепловизоры, которые позволяют с высокой степенью точности оценивать изменения температуры объекта в режиме реального времени. Небольшие размеры и вес подобных устройств позволяют применять их на выездных мероприятиях, когда доступ к стационарному оборудованию затруднен.

Тепловизоры применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо обеспечить качественный контроль за технологическими процессами производства.

 

3.1.Принцип действия тепловизора

 

Каждое нагретое тело испускает тепловое излучение, интенсивность и спектр которого зависят от свойств тела и его температуры. Принцип действия тепловизора сравнительно прост: инфракрасное (тепловое) излучение от исследуемого объекта через оптическую систему передается на приемник, представляющий собой неохлаждаемую матрицу термо-детекторов. Далее полученный видеосигнал, посредством электронного блока измерения, регистрации и математической обработки оцифровывается и отображается на экране компьютера или дисплее тепловизора. Тепловизоры поставляются с программным обеспечением, необходимым для хранения и анализа инфракрасных изображений и для создания профессиональных отчетов. Программное обеспечение тепловизора позволяет настраивать и изменять основные параметры сохраненного изображения (компенсацию отраженного тепла, цветовую палитру и т.д.). Это не только повышает удобство и достоверность обследования, но и избавляет от необходимости повторного сканирования оборудования.

 

 

3.2.Классификация тепловизоров

 

Очень часто тепловизоры путают с приборами ночного видения, хотя разница между ними существенна. Классический прибор ночного видения позволяет ориентироваться при низком уровне освещенности, усиливая свет, попадающий в объектив. Такими источниками света могут служить звёзды и луна. Во многих случаях яркий объект, оказавшийся в поле зрения, «слепит» прибор. Тепловизор выигрывает у прибора ночного видения, так как не подвержен «засветке» яркими объектами, а видит только излучаемое тепло. Итак, рассмотрим две основные существующие классификации тепловизоров на сегодняшний день:

· Стационарные. Предназначены для применения на промышленных предприятиях для контроля за технологическими процессами в температурном диапазоне от −20 до +2000 °C. Такие тепловизоры, зачастую имеют азотное охлаждение, для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование приемной аппаратуры. Основу таких систем составляют, как правило, тепловизоры третьего поколения, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.

 

· Переносные. Новейшие разработки в области применения тепловизоров на базе неохлаждаемых микроболометров из кремния, позволили отказаться от использования дорогостоящей и громоздкой охлаждающей аппаратуры. Эти приборы обладают всеми достоинствами своих предшественников, таких как малый шаг измеряемой температуры (0,1 °C), при этом позволяют применять тепловизоры в сложных оценочных работах, когда простота использования и портативность играют очень большую роль. Большинство портативных тепловизоров имеют возможность подключения к стационарным компьютерам или ноутбукам для оперативной обработки поступающих данных.

3.3.Цена тепловизора

 

Тепловизор - дорогостоящий прибор. Цена на российском рынке колеблется от 3 до 100 тыс.$. На стоимость тепловизора влияют характеристики, такие как: размер матрицы термо-детекторов тепловизора, объектив, диапазон измеряемых температур, температурная чувствительность, точность измерения температуры и т.д.

Основными ценовыми факторами являются:

Размер матрицы в пикселях, как и в цифровых фотоаппаратах, чем больше мегапикселей тем дороже (но здесь матрицы намного скромнее - 160х120, 320х240) и объектив, оптика которого делается с добавлением дорогого материала - германия.

3.4.Область применения тепловизоров

 

Применение тепловизоров возможно практически в любой деятельности человека(см. табл.1.). Они служатдля контроля состояния объектов и технологических процессов, это абсолютно безопасно. Своевременное обнаружение с помощью тепловизора температурных аномалий, отражающих невидимые опасные процессы вокруг нас, позволит принять меры для устранения причин возможных аварий на предприятиях.

 

Таблица 1.

  Область применения тепловизоров Объекты контроля Обнаруживаемые дефекты или контролируемые процессы
Энергетика Электрические подстанции, линии электропередач, теплотрассы, тепломеханическое оборудование, парораспределительные сети, пруды-гидроохладители, дымовые трубы, статоры турбогенераторов, щетки электромашин, склады сыпучих материалов, электролизные ванны Ухудшение электро- и теплоизоляции, ослабление механического контакта, засорение теплообменника, трещины в трубах, короткие замыкания, пробой изолятора, износ токоведущих частей, места самовозгорания сыпучих материалов
Машиностроение, металлургия, производство конструкционных материалов Печи металлургические, ковши для разливки металла, горячий прокат, шины, древесностружечные плиты, композиционные материалы, сварные соединения, паяные соединения, клееные соединения, трубы, машины и механизмы, бойлеры, теплообменники, батареи коксовых печей и сборников газа, трубопроводы, агломераторы, изложницы, валки, кауперы Утолщение, трещины и отсутствие футеровки, краевые расслоения, непровары, непроклеи, непропаи, нарушения целостности, отрыв матрицы, утончение стенок, коррозионный износ, дефекты сборки, посторонние примеси, износ механических частей, засорение труб, утечка воды или пара
Производство бумаги Бумажная лента Места аномальной влажности
Электронная техника Полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы, печатные платы, узлы и блоки электронной аппаратуры, резисторы, конденсаторы, трансформаторы Однородность полупроводника, непровары, непропаи, непроклеи, дефекты р-n перехода, изменение номинала, короткие замыкания, обрывы, некачественный монтаж, загрязнения, подтравливание проводников, неверное размещение элементов, токовые утечки, неудачный дизайн
Автомобиле- строение Кузов, стекла, система обогрева, шины Трещины в стеклах, утечки тепла, отслоение корда от резины
Строительство Стеновые панели, крыши зданий, дымовые трубы Дефекты стыка панелей, трещины, ухудшение теплоизолирующих свойств, участки инфильтрации воды, обрыв арматуры, утерянные трубы, участки более позднего ремонта
ИК аэрофотосъемка Элементы земного ландшафта, подземные теплотрассы, ледники, участки геотермальной деятельности, лес и водные бассейны, фауна, служба спасения людей, геология, сельхозпосевы Тепловое загрязнение водного и воздушного бассейна, очаги пожаров, трещины в ледовом покрове, полезные ископаемые, тектонические изменения, утечки тепла, болезни растений, степень созревания культур
Авиакосмическая и военная техника Бортовое радиооборудование, винты пропеллеров, панели ракет и самолетов, теплозащитная обшивка, система самонаведения на цель, аэродромные покрытия, системы оповещения о раннем запуске ракет, тепловая разведка Дефекты тепло- и электрооборудования, трещины, некачественное литье, дефекты сплошности, места инфильтрации воды, ледяные пробки, обнаружение живой силы и техники противника ночью, выхлопные факелы ракет
Железнодорожный транспорт и метрополитен Буксы, тиристоры, вагоны-холодильники, энергохозяйство Перегревы, утечки тепло- и электроэнергии, дефекты теплоизоляции
Нефтехимия Энергохозяйство, трубопроводы, цистерны, химические реакторы Утечки тепло- и электроэнергии, утечки газов и нефти, контроль уровня жидкости в резервуарах, дефекты теплоизоляции, утончение стенок
Искусство Настенная живопись, картины, кинематография Структура и дефекты фресок, исправление первоначального замысла (краски, глины, конструкции), создание специальных визуальных эффектов
Медицина Гастроэнтерология, онкология, нейрохирургия, педиатрия, дерматология, ортопедия, ревматология, травматология, ЛОР-патология, пульмонология, ангиология, эндокринология, психология и психиатрия Воспалительные процессы, локальные опухоли, нарушения кровообращения, процессы заживления ран, сверхчувствительное восприятие, травмы, психические процессы
Прочие области Аэродинамика, криминалистика, таможня Разогрев обшивки летательных аппаратов, обнаружение трупов, стреляных гильз, автомобилей, детектор лжи, обнаружение тайников

 

 







©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.