Pilihan
Persamaan prinsip operasi pencitra termal jenis perangkat nsx. Penggunaan pencitra termal dengan benar

Persamaan prinsip operasi pencitra termal jenis perangkat nsx. Penggunaan pencitra termal dengan benar

Saat ini, mungkin semua orang pernah mendengar tentang perangkat seperti thermal imager. Mungkin pengecualiannya adalah anak-anak kecil. Hal lainnya adalah tidak banyak dari mereka yang melihat perangkat ini “langsung”, terlebih lagi dari mereka yang memegangnya. Namun ada juga yang tidak hanya memelihara, tetapi juga membuat thermal imager versi “rumah” mereka sendiri. Namun, apa pun kategori Anda, artikel kami akan tetap menarik bagi Anda. Yang belum tahu akan dapat memahami prinsip pengoperasian thermal imager, dan yang berpengalaman dan ahli akan dapat menemukan kemungkinan baru untuk diri mereka sendiri. Tapi mari kita bicarakan semuanya secara berurutan.

Pencitra termal, sebagai alat untuk mengukur suhu permukaan menggunakan metode non-kontak, dapat membuat hidup lebih mudah bagi perwakilan dari banyak profesi. Awalnya diciptakan untuk keperluan militer, perangkat yang agak rumit dan mahal ini kini berhasil digunakan di sebagian besar bidang aktivitas manusia. Misalnya, dalam industri - untuk memantau perubahan termal selama proses teknologi; dalam pengobatan - untuk mendiagnosis penyakit; saat berburu burung dan binatang; dalam konstruksi - untuk menentukan area kebocoran panas atau, sebaliknya, tempat memasang pipa. Dan ini bukanlah rekam jejak lengkap perangkat ini.

Jenis perangkat

Pencitra termal adalah perangkat yang populer dan multifungsi sehingga memiliki dua pilihan desain teknologi:

Tidak bergerak. Perangkat dalam kategori ini dimaksudkan untuk digunakan di perusahaan industri untuk memantau proses teknologi. Sistem pendingin nitrogen adalah perangkat yang cukup umum yang dilengkapi dengan pencitraan termal. Karakteristik suhu pengoperasiannya sangat mengesankan: dari −40 hingga +2000 °C. Sistem ini biasanya didasarkan pada perangkat yang dirakit pada matriks fotodetektor semikonduktor.

Portabel (portabel). Perkembangan inovatif telah memungkinkan untuk beralih dari penggunaan peralatan pendingin yang besar, beralih ke produksi pencitra termal berdasarkan mikrobolometer silikon yang tidak didinginkan. Perangkat tersebut memiliki semua keunggulan dari pendahulunya, yang mencakup, misalnya, peningkatan suhu yang kecil selama pengukuran (0,1 °C). Pencitra termal kelas ini juga dapat digunakan untuk pekerjaan penilaian kompleks yang memerlukan kemudahan penggunaan dan portabilitas perangkat. Banyak pencitra termal portabel memiliki kemampuan untuk terhubung ke PC untuk memproses data dengan cepat.

Penggunaan pencitraan termal di area tertentu meninggalkan jejak tertentu pada karakteristik operasional yang diperlukan dari perangkat ini. Oleh karena itu, sebelum membeli perangkat ini, Anda harus mengevaluasi kondisi penggunaannya. Instruksi akan membantu dalam hal ini. Pencitra termal yang dibeli tanpa pengetahuan yang memadai tentang petunjuk pengoperasian mungkin tidak sesuai dengan kebutuhan Anda sama sekali. Misalnya, pencitra termal yang digunakan untuk berburu harus memiliki bodi paduan ringan tahan benturan dengan tingkat perlindungan minimal IP54.

Sebaiknya desainnya monoblok dengan indikasi pada jendela bidik dan layar LCD. Dan jangkauan pencitra termal berburu yang terlihat harus mencapai 1500 m, sedangkan dalam industri konstruksi persyaratan seperti itu tidak dikenakan pada pencitra termal.

Prinsip pengoperasian pencitraan termal

Pengoperasian pencitra termal didasarkan pada kemampuan suatu benda untuk menghasilkan radiasi termal (radiasi IR), yang intensitasnya secara langsung bergantung pada suhu benda tersebut. Pencitra termal mendeteksi sinar inframerah pada jarak jauh, mengubahnya menjadi bentuk yang nyaman bagi persepsi manusia. Perbedaan radiasi termal berbagai objek memungkinkan Anda melihat relief dalam gelap, serta arus dingin atau panas. Dalam hal ini, area bersuhu tertinggi ditandai dengan warna merah, dan area bersuhu rendah ditandai dengan warna hitam atau biru.

Anda harus memahami perbedaan mendasar antara perangkat seperti thermal imager dan perangkat night vision. Perbedaannya terletak pada kemampuan mereka melihat dalam kegelapan. Pencitra termal mentransmisikan radiasi inframerah objek itu sendiri, sedangkan perangkat penglihatan malam mentransmisikan radiasi-iluminasi yang dipantulkan dan diperkuat dari objek lain. Artinya, menjalankan fungsi perangkat penglihatan malam dengan pencitraan termal dapat dilakukan, tetapi membuat peta panas menggunakan perangkat penglihatan malam tidak dapat dilakukan.

Algoritma pengoperasian thermal imager terdiri dari tiga tahap:

Fiksasi radiasi IR.
Mengubahnya menjadi nilai suhu.
Pembentukan termogram - gambar termal suatu benda yang menampilkan distribusi suhu pada permukaan benda.

Apalagi tindakan tersebut terjadi secara instan.

Meskipun prinsip pengoperasian thermal imager agak rumit, desain perangkat portabel ini tidak terlalu rumit.

Namun, harus diingat bahwa untuk kejernihan gambar yang memadai di layar, diperlukan optik khusus yang mengandung campuran germanium. Inilah yang menentukan tingginya biaya perangkat profesional. Biayanya mencapai ribuan dan terkadang puluhan ribu dolar. Setuju, jumlahnya tidak sedikit.

Kemampuan luar biasa dari pencitra termal telah lama menginspirasi banyak anak muda dengan ide merakit perangkat ini dengan tangan mereka sendiri. Dan, untungnya, ada cara untuk membuat pencitra termal dengan tangan Anda sendiri dan menghindari biaya yang besar. Tentu saja jika perangkat tersebut tidak dimaksudkan untuk digunakan untuk tujuan profesional.

Kami menyajikan tiga opsi untuk menerapkan thermal imager di rumah di bawah ini - pilih mana yang paling Anda sukai. Dan sensor untuk pencitra termal dan elemen perangkat lainnya dapat dibeli sudah jadi.

Opsi No. 1. Pencitra termal mandiri dari kamera

Metode ini didasarkan pada fakta bahwa pada awalnya matriks semua kamera dengan sempurna menangkap radiasi infra merah, yang sebenarnya diperlukan untuk pengoperasian pencitra termal. Hal lainnya adalah produsen peralatan fotografi memastikan bahwa perangkat tersebut melihat hal yang sama seperti mata manusia. Untuk melakukan ini, filter khusus ditempatkan di depan matriks, menyerap atau memantulkan hampir semua radiasi IR - "cermin termal", atau cermin panas. Berkat filter ini, kurva sensitivitas matriks menjadi mirip dengan kurva sensitivitas mata manusia. Oleh karena itu, mudah untuk membuat pencitra termal dengan tangan Anda sendiri dari kamera; Anda hanya perlu melakukan dua langkah - lepaskan filter termal dari kamera, dan pasang filter spektrum tampak. Namun, seperti yang diperlihatkan oleh praktik, hal terakhir ini tidak selalu diperlukan.

Lingkup penerapan thermal imager buatan sendiri

Apakah mungkin menggunakan thermal imager yang dibuat dengan cara ini untuk kebutuhan rumah? Lumayan. Apakah pencitra termal seperti itu cocok untuk konstruksi atau, misalnya, berburu? Sangat mungkin. Bagaimanapun, pecinta rekreasi luar ruangan pasti akan menyukai perangkat ini. Dengan bantuannya, Anda dapat mengontrol kedatangan hewan ke perkemahan Anda di malam hari, serta mencari anggota kelompok yang hilang dalam kabut atau awan debu.

Jika Anda memiliki DSLR yang tidak diperlukan, sekitar $40 untuk filter IR, dan keinginan serta kemampuan untuk membongkar kamera, maka opsi ini tentu patut untuk dicoba.

Opsi No. 2. Pencitra termal sendiri menggunakan termometer inframerah dan papan Arduino

Ide dari metode ini sangat sederhana. Untuk membuat pencitra termal dengan tangan Anda sendiri, Anda memerlukan termometer inframerah yang murah - ini adalah perangkat yang dapat mengukur suhu titik tertentu di ruang angkasa dari jarak dekat, dan papan Arduino, yang akan digunakan untuk menghubungkannya. LED RGB dari beberapa senter.

Papan Arduino adalah alat perangkat lunak dan perangkat keras yang dirancang untuk pengguna non-profesional untuk membangun sistem sederhana di bidang otomasi dan robotika.

Mari kita program sistemnya sehingga cahaya lampu berubah warna berbeda tergantung pada pembacaan termometer. Mari kita lakukan secara tradisional sehingga suhu tinggi menghasilkan warna merah, dan suhu rendah menghasilkan warna biru. Jadi, dengan mengarahkan senter dengan termometer internal ke objek apa pun, kami secara otomatis menerangi objek tersebut dengan warna yang sesuai, bergantung pada suhunya. Jika Anda menambahkan kamera ke set ini, Anda tidak hanya akan dapat melihat suhu permukaan objek di sekitar Anda dalam warna, tetapi Anda juga akan mendapatkan gambar yang tidak lebih buruk daripada yang bahkan dapat dilakukan oleh pencitra termal termahal sekalipun. melihat.

Di mana pencitra termal seperti itu dapat digunakan?

Tentu saja, perangkat tersebut tidak sama dengan pencitra termal untuk berburu. Sulit untuk membuat perangkat yang kuat dengan tangan Anda sendiri. Namun opsi yang disajikan mungkin berguna untuk kebutuhan rumah, terutama karena biaya desain buatan sendiri ini tidak melebihi $50.

Opsi No. 3. Pencitra termal buatan sendiri yang ditingkatkan untuk memotret objek statis

Perkembangan ini berkat kelahiran dua mahasiswa Jerman, Max Ritter dan Mark Cole. Para pemuda warga Mindelheim ini menemukan perangkat yang cukup mudah dibuat dan mendapat penghargaan pada tahun 2010 di forum sains dan teknologi.

Perangkat ini terdiri dari dua servo (untuk pergerakan horizontal dan vertikal), pengontrol Arduino (bertanggung jawab untuk pemrosesan sinyal dan transfer data ke PC), modul sensor suhu non-kontak (misalnya, MLX90614-BCI), modul laser atau penunjuk laser (akan menunjukkan area pemindaian), rumah dan kamera web. Anda juga memerlukan dua resistor 4,7 kOhm dan tripod.

Kamera berperan sebagai semacam jendela bidik pada area pemindaian, serta sumber gambar asli, webcam murah mana pun dapat mengatasi peran ini (semakin kecil, semakin baik).

Data yang dihasilkan sensor dapat dibaca menggunakan bus SMBus dan PWM. Casing kami juga memungkinkan penggunaan sensor dengan indeks BCI. Catu daya 3V. Indeks BCI menunjukkan jenis faktor bentuk dengan lampiran yang memberikan sudut pandang sempit 5°.

Perakitan

Kami menempatkan papan Arduino di dalam wadah dengan tempat baterai.
Kami memperbaiki motor servo menggunakan lem super atau epoksi di ruang kosong depan papan.
Kami menempatkan motor servo kedua di perangkat berputar dan mengamankan seluruh struktur.
Kami menghubungkan termometer inframerah ke Arduino dengan menghubungkan Ground ke GND, SDA ke PIN4, VIN ke 3.3V dan SCL ke PIN5. Kami juga akan memasang resistor 4,7 kOhm, menghubungkan SDA ke 3.3V dan SCL ke 3.3V.
Kami menghubungkan Kartu Laser atau penunjuk laser. Ini untuk melacak lokasi mana yang sedang dipindai.
Kami memasang webcam sehingga arahnya sama persis dengan arah sensor IR dan laser.

Itu saja. Anda membuat pencitra termal dengan tangan Anda sendiri!

Apa gunanya?

Proses pemindaian suatu objek dan mengeluarkan peta panas memakan waktu sekitar satu menit, karena sensor memindai gambar masa depan titik demi titik. Hal ini tentu saja sama sekali tidak berguna untuk proses berburu. Namun, pencitra termal buatan sendiri ini akan menjadi asisten yang sangat baik untuk pekerjaan konstruksi dan perbaikan lainnya. Misalnya, ini dapat digunakan sebagai metode untuk menguji panas pada sambungan listrik atau rangkaian listrik. Perangkat ini memungkinkan Anda tidak hanya melihat gambar termal, tetapi juga nilai suhu kuantitatif.

Selain pengoperasian yang lambat, thermal imager memiliki kelemahan lain - ia terhubung erat ke PC, sehingga tidak dapat bergerak dengan baik. Namun dalam beberapa kasus, kemampuan perangkat dan biayanya cukup masuk akal - untuk semua komponen Anda harus membayar tidak lebih dari 200 USD. e.

kesimpulan

Dari opsi yang kami jelaskan untuk merakit pencitra termal buatan sendiri, ada dua kesimpulan yang muncul:

Sangat mungkin untuk membuat pencitra termal sendiri.
Pencitra termal buatan sendiri memiliki cakupan yang sangat sempit.

Oleh karena itu, jika Anda memerlukan pencitra termal untuk keperluan global, Anda harus menunda eksperimen dan mengeluarkan uang untuk peralatan berkualitas tinggi. Kepada semua orang yang suka mendesain dan cukup puas dengan kemungkinan produk buatan sendiri, kami dapat memberikan saran - kumpulkan, bereksperimen, dan mungkin saja Anda akan dapat melampaui pencapaian opsi buatan sendiri yang telah kami jelaskan dan buat pencitra termal yang jauh lebih canggih untuk berburu dengan tangan Anda sendiri. Lakukanlah!

Mereka yang tidak terlalu nyaman dengan besi solder dan obeng, tetapi sangat suka menghabiskan waktu di alam terbuka, serta mereka yang untuk tujuan profesional mungkin perlu memvisualisasikan sifat suhu benda dalam kisaran 0 hingga 100 °C, disarankan untuk memperhatikan peralatan semi profesional yang sudah jadi. Misalnya saja pada smartphone dengan thermal imager Flir One.

Perangkat ini dapat melayani pemburu dan pelancong ekstrem dengan baik, karena nyaman, mobile, dan mampu beroperasi pada suhu dari 0 hingga 45 °C dan kelembapan atmosfer tinggi. Dan pada saat yang sama, biaya perangkat semacam itu tidak jauh berbeda dengan biaya semua jenis produk buatan sendiri.

Pencitra termal adalah perangkat yang dapat digunakan untuk memantau distribusi suhu permukaan yang diukur. Permukaan ini ditampilkan di layar perangkat dalam bentuk bidang warna. Di bidang ini, warna tertentu berhubungan dengan suhu tertentu. Layar menampilkan kisaran suhu yang terlihat. Resolusi standar pencitra termal terbaru adalah 0,1 derajat.

Pada perangkat berbiaya rendah, informasi disimpan dalam memori perangkat dan, jika perlu, dibaca melalui komputer. Paling sering, perangkat tersebut digunakan bersama dengan laptop dan program khusus yang menerima informasi dari thermal imager.

Pencitra termal pertama kali muncul pada tahun 30-an abad lalu. Sistem pencitraan termal modern mulai berkembang hanya pada tahun 60an. Penerima radiasi termal memiliki satu elemen. Gambar di penerima dilakukan dengan menggunakan perpindahan titik optik. Perangkat tersebut memiliki kinerja rendah dan memungkinkan untuk mengamati perubahan suhu dengan kecepatan rendah.

Dengan berkembangnya kemajuan teknologi, muncullah sel-sel yang mampu menyimpan sinyal cahaya. Kini dimungkinkan untuk merancang pencitra termal baru berdasarkan matriks sensor. Dari matriks ini, sinyal masuk ke dekoder, lalu ke prosesor utama perangkat untuk diproses.

Dalam urutan tertentu, sinyal diproyeksikan ke matriks dengan distribusi suhu dengan warna berbeda. Prinsip ini memungkinkan diperolehnya perangkat otonom portabel yang mampu memproses data dengan cepat sehingga memungkinkan pemantauan perubahan suhu secara real time.

Perkembangan yang menjanjikan bagi pencitra termal baru adalah penggunaan bolometer yang tidak didinginkan. Prinsip ini didasarkan pada peningkatan akurasi dalam menghitung perubahan resistansi pelat tipis di bawah pengaruh radiasi panas di seluruh spektrum. Teknologi ini populer di banyak negara untuk produksi pencitra termal baru, yang memiliki persyaratan keselamatan dan mobilitas yang tinggi. Di negara kita, produksi pencitra termal otonom dengan bolometer tanpa pendingin dimulai pada tahun 2007.

Fitur pengoperasian dan desain

Radiasi inframerah difokuskan oleh sistem optik pencitraan termal ke penerima, yang memberikan sinyal dalam bentuk perubahan resistansi atau tegangan.
Elektronik mencatat sinyal yang diterima dari sistem pencitraan termal. Akibatnya, sinyal diubah menjadi termogram elektronik. Itu ditampilkan di layar.

Termogram adalah gambar suatu benda yang telah diproses oleh sistem elektronik untuk ditampilkan pada layar dengan corak warna yang berbeda-beda sesuai dengan sebaran sinar infra merah pada area benda tersebut. Hasilnya, operator melihat termogram yang sesuai dengan radiasi panas yang berasal dari objek yang diteliti.

Sensitivitas detektor terhadap radiasi panas bergantung pada suhunya sendiri dan kualitas pendinginan. Oleh karena itu, detektor ditempatkan pada alat pendingin khusus. Jenis pendingin yang paling populer adalah nitrogen cair. Namun, metode ini tidak nyaman dan agak primitif.

Jenis lain dari pendingin baja. Ini adalah semikonduktor yang dapat memberikan perbedaan suhu ketika arus listrik melewatinya, dan beroperasi berdasarkan prinsip pompa panas. Sensitivitas sensor pencitraan termal dibuat menggunakan semikonduktor sensitif yang terbuat dari merkuri-kadmium-telurium, indium antimonida, dan bahan lainnya.

Bagian dan elemen pencitra termal

Biaya thermal imager cukup tinggi. Elemen utamanya adalah lensa dan matriks (penerima radiasi), yang menyumbang 90% dari biaya keseluruhan perangkat. Matriks seperti ini sulit untuk dibuat. Lensa tidak dapat dibuat dari kaca, karena kaca tidak memancarkan sinar infra merah. Oleh karena itu, bahan langka yang mahal (germanium) digunakan untuk lensa. Pencarian bahan murah lainnya sedang dilakukan.

Komponen lain dari perangkat ini adalah:

1 - Tutup lensa
2 - Tampilan
3 - Kontrol
4 — Pegangan dengan tali
5 - Pencitra termal
6 - Mulai
7 — Lensa
8* — Sistem elektronik
9* - Memori untuk menyimpan informasi
10* - Perangkat Lunak

Lensa

Seorang thermal imager harus memiliki minimal satu lensa yang mampu memfokuskan radiasi gelombang infra merah pada penerima radiasi. Penerima kemudian mengirimkan sinyal listrik dan menghasilkan gambar termal (elektronik) yang disebut termogram.

Paling sering, lensa terbuat dari germanium. Untuk mengoptimalkan transmisi cahaya lensa, lapisan film tipis anti-reflektif digunakan. Kit pencitra termal biasanya mencakup kotak untuk menyimpan dan membawa perangkat serta perlengkapan tambahan lainnya untuk menggunakan perangkat di kondisi lapangan.

Menampilkan

Pola radiasi termal ditampilkan pada layar kristal cair (display). Ini harus memiliki kecerahan yang baik dan ukuran yang cukup untuk melihat gambar dengan mudah dalam berbagai kondisi pencahayaan di lapangan. Biasanya ada informasi pendukung di layar. Ini termasuk skala warna suhu, waktu, tanggal, pengisian daya baterai, suhu objek, dan informasi berguna lainnya.

Sirkuit pemrosesan sinyal dan penerima radiasi digunakan untuk mengubah emisi cahaya inframerah menjadi informasi berguna yang diperlukan. Radiasi termal suatu benda difokuskan ke penerima khusus. Itu terbuat dari semikonduktor. Radiasi termal menciptakan sinyal listrik pada penerima. Selanjutnya sinyal masuk ke sirkuit elektronik yang terletak di dalam perangkat, setelah sinyal diproses oleh elektronik, gambar termal muncul di layar.

Kontrol

Dengan menggunakan elemen-elemen ini, berbagai penyesuaian dilakukan pada sistem elektronik untuk mengoptimalkan gambar radiasi termal pada layar. Penyesuaian seperti itu secara elektronik dapat mengubah gamut warna dan perpaduan gambar, serta jarak tingkat termal. Suhu latar belakang yang dipantulkan dan emisivitas juga disesuaikan.

Penyimpanan data

Data elektronik digital, yang berisi gambar termal dan data tambahan, dapat disimpan di berbagai jenis kartu memori elektronik atau perangkat transfer dan penyimpanan data.

Sebagian besar sistem pencitraan termal inframerah mampu menyimpan data pendukung teks dan suara, serta cuplikan gambar, yang diperoleh menggunakan kamera internal internal yang beroperasi dalam spektrum cahaya tampak manusia.

Pembuatan Laporan dan Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang digunakan dengan banyak sistem pencitraan termal modern ramah pengguna dan fungsional bagi operator. Gambar digital dan terlihat termal disalin ke komputer atau laptop. Di sana, informasi ini dapat dianalisis menggunakan palet warna yang berbeda, dan penyesuaian lain terhadap data radiometrik dapat dilakukan.

Dimungkinkan juga untuk menggunakan opsi analisis bawaan. Gambar yang diproses dapat dimasukkan dalam contoh laporan atau dicetak pada printer. Gambar juga dapat dikirim ke pelanggan melalui Internet, atau disimpan secara elektronik di komputer.

Klasifikasi

Pencitra termal dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan karakteristiknya yang berbeda-beda.

observasional mengubah sinar infra merah menjadi cahaya tampak oleh mata menurut skala warna khusus.

Ukur Pencitra termal mampu menentukan suhu objek yang diperiksa dengan menetapkan nilai sinyal piksel digital ke suhu tertentu yang sesuai. Hasilnya adalah gambar distribusi suhu.

Tidak bergerak Pencitra termal digunakan untuk digunakan di perusahaan industri di mana kepatuhan terhadap proses teknologi dipantau dalam kisaran -40 +2000 derajat. Perangkat tersebut dilengkapi dengan pendingin nitrogen untuk menciptakan kondisi normal pengoperasian peralatan penerima. Sistem tersebut terdiri dari pencitra termal generasi ke-3 yang dibuat pada matriks fotodetektor semikonduktor.

Portabel Perangkat pencitraan termal dikembangkan berdasarkan mikrobolometer silikon tanpa pendingin. Akibatnya, penggunaan peralatan pendingin yang besar dan mahal dapat ditinggalkan. Perangkat semacam itu memiliki semua keunggulan model stasioner. Selain itu, mereka dapat digunakan di tempat-tempat yang sulit dijangkau. Banyak pencitra termal portabel dapat dihubungkan ke komputer untuk memproses informasi.

Perangkat penglihatan malam sering disalahartikan sebagai pencitra termal. Namun, ada perbedaan besar di antara keduanya. Perangkat night vision dapat bekerja dalam kondisi cahaya redup karena memperkuat cahaya. Seringkali cahaya yang masuk ke lensa membutakan seseorang. Pencitra termal tidak memerlukan cahaya, karena prinsip pengoperasiannya didasarkan pada sinar inframerah termal.

Lingkup penerapan pencitra termal

Pencitra termal digunakan di berbagai bidang kehidupan kita. Misalnya, perangkat ini digunakan dalam keamanan fasilitas dan intelijen militer. Pada malam hari, seseorang dapat terlihat melalui perangkat ini dalam kegelapan total pada jarak hingga 300 meter, dan peralatan militer dapat dilihat hingga jarak 3 km.

Saat ini, terdapat kamera video microwave dengan keluaran gambar ke komputer. Sensitivitas kamera semacam itu beberapa ratus derajat. Oleh karena itu, jika Anda memegang gagang pintu pada malam hari, jejak termal akan terlihat selama sekitar 30 menit.

Pencitra termal sangat menjanjikan dalam mengidentifikasi cacat di berbagai instalasi. Hal ini terjadi ketika suhu suatu tempat dalam suatu mekanisme atau perangkat meningkat atau menurun. Terkadang cacat tertentu hanya dapat dideteksi oleh thermal imager. Pada struktur pendukung yang berat (jembatan), selama penuaan logam akibat kelelahan dan deformasi yang diakibatkannya, lebih banyak panas yang dihasilkan di beberapa tempat daripada yang seharusnya. Oleh karena itu, diagnosis cacat dapat dilakukan tanpa membongkar objek.

Hasilnya, kita dapat mengatakan bahwa pencitra termal digunakan sebagai pengontrol operasional keselamatan fasilitas.

Pencitra termal banyak digunakan dalam pengobatan untuk mendiagnosis patologi berbagai penyakit. Pada pasien sehat, suhu tubuh terdistribusi secara simetris dari garis tengah seluruh tubuh. Jika simetri ini rusak, maka ini adalah kriteria untuk mendiagnosis penyakit dengan pencitraan termal.

Termografi adalah metode diagnostik modern dalam kedokteran. Metode ini didasarkan pada pendeteksian radiasi infra merah dari tubuh manusia tergantung pada suhunya. Intensitas dan distribusi radiasi panas biasanya ditentukan oleh proses fisiologis khusus yang terjadi dalam tubuh di organ dalam dan permukaan.

Berbagai kondisi patologis ditandai dengan asimetri distribusi suhu tubuh. Hal ini tercermin dalam gambar termografi. Fakta ini mempunyai arti prognostik dan diagnostik yang penting. Hal ini dibuktikan oleh banyak penelitian klinis.

Ada dua jenis utama termografi:

Teletermografi.
Hubungi termografi kolesterik.

Teletermografi bekerja dengan memodifikasi sinar infra merah dari tubuh manusia menjadi sinyal arus listrik, yang ditampilkan pada layar thermal imager.

Termografi kolesterik kontak bekerja berdasarkan prinsip sifat optik kristal cair, yang dimanifestasikan oleh perubahan warna menjadi warna pelangi bila diterapkan pada permukaan yang memancarkan. Tempat yang lebih dingin berwarna biru, dan tempat yang lebih panas berwarna merah.

Aplikasi Industri

Memantau proses pertukaran panas pada sistem pembuangan kendaraan, mesin dan radiator.
Memeriksa dan merancang sistem rem mobil.
Kontrol pengelasan ultrasonik.
Pengembangan sistem iklim mobil.
Kontrol kualitas papan sirkuit dalam elektronik.
Kontrol mode pengelasan.
Deteksi ketidaksejajaran poros, bantalan, roda gigi.
Analisis tegangan logam.
Memantau insulasi dan kekencangan wadah cairan.
Penentuan sifat isolasi termal.
Deteksi kehilangan panas di tempat.
Diagnostik struktur pagar.
Pencegahan kebakaran.
Mendeteksi kebocoran gas dari pipa gas.
Pengendalian proses teknologi.
Memeriksa peralatan listrik.
Memeriksa kinerja rute termal.
Mengidentifikasi tempat bocornya udara dingin.
Kontrol isolasi termal pipa.
Memeriksa peralatan yang terisi oli.
Memeriksa stator generator.
Pengendalian gas dan cerobong asap.

Benda apa pun memancarkan gelombang elektromagnetik dalam rentang frekuensi yang sangat luas, termasuk gelombang dalam spektrum inframerah, yang disebut “radiasi termal”. Dalam hal ini, intensitas radiasi termal secara langsung bergantung pada suhu benda, dan hanya sedikit bergantung pada kondisi pencahayaan dalam rentang tampak. Jadi, dengan bantuan perangkat pencitraan termal, informasi tambahan yang tidak dapat diakses oleh mata dan instrumen manusia dapat dikumpulkan dan divisualisasikan tentang objek yang diamati.Pencitra termal adalah perangkat yang memungkinkan Anda memvisualisasikan pola radiasi termal suatu benda. objek yang diamati. Hal ini membuka sejumlah peluang unik untuk berbagai bidang aktivitas: pengukuran yang tepat, pengendalian proses teknologi, dan tentu saja – memastikan keselamatan.

Prinsip pengoperasian pencitra termal modern didasarkan pada kemampuan bahan tertentu untuk mendeteksi radiasi dalam rentang inframerah. Menggunakan perangkat optik yang mencakup lensa yang dibuat menggunakan bahan langka yang transparan terhadap radiasi infra merah (seperti germanium), radiasi termal suatu benda diproyeksikan ke serangkaian sensor yang sensitif terhadap radiasi infra merah. Selanjutnya, sirkuit mikro kompleks membaca informasi dari sensor ini dan menghasilkan sinyal video, di mana warna gambar yang berbeda sesuai dengan suhu berbeda dari objek yang diamati. Skala korespondensi antara warna suatu titik pada gambar dan suhu absolut objek yang diamati dapat ditampilkan di atas bingkai. Dimungkinkan juga untuk menunjukkan suhu titik terpanas dan terdingin pada gambar. Tergantung pada modelnya, pencitra termal berbeda dalam ukuran langkah suhu yang diukur. Teknologi modern memungkinkan untuk membedakan suhu benda dengan akurasi 0,05-0,1 K.

Banyak perangkat pencitraan termal juga dilengkapi dengan perangkat memori untuk merekam gambar video yang dihasilkan dari pola radiasi termal, dan mikroprosesor berkinerja tinggi yang memungkinkan analisis real-time minimal dari gambar radiasi inframerah yang diperoleh sebagai hasil pemindaian. Cukup sering, konfigurasi penggunaan bersama dari pencitra termal dan kamera video digunakan, yang memungkinkan, secara umum, untuk memperoleh gambar suatu objek dalam rentang "diperluas" dari gabungan spektrum inframerah dan spektrum tampak, dan dalam kondisi buruk. (misalnya, kurangnya penerangan suatu objek) untuk mengamati objek setidaknya dalam satu rentang. IR atau jangkauan tampak dapat ditumpangkan satu sama lain atau disiarkan secara terpisah. Perangkat lunak khusus memungkinkan Anda untuk mengonfigurasi pengoperasian kompleks pencitraan termal, mengoordinasikan pengoperasian semua perangkat yang disertakan seefisien mungkin.

Keakuratan gambar dan karakteristik lain dari pencitra termal biasanya ditentukan oleh ruang lingkup penggunaannya. Di laboratorium ilmiah, desain yang lebih kompleks digunakan, yang, karena spesialisasi yang sempit, memiliki langkah terkecil dalam suhu yang diukur. Untuk memastikan keamanan di berbagai lokasi, digunakan model yang merekam radiasi termal dengan akurasi yang sedikit lebih rendah, tetapi beroperasi pada rentang frekuensi yang lebih luas dan dengan akurasi lebih dari cukup untuk menjalankan fungsinya secara efektif. Bagaimanapun, prinsip pengoperasian pencitra termal - mengukur dan memvisualisasikan radiasi termal - sangat dibutuhkan di semua bidang kehidupan masyarakat modern.

Karakteristik teknis dari pencitra termal

Karakteristik teknis utama dari pencitra termal yang diperhatikan para ahli adalah parameter seperti jenis matriks, panjang fokus, sensitivitas matriks, sudut pandang, dan kisaran suhu pengoperasian. Tentu saja, ini hanya parameter utama; masih ada parameter lainnya.

Karena setiap model, berdasarkan tujuannya, karakteristiknya bersifat individual, Anda dapat mengetahui lebih lanjut tentang model tersebut di katalog kami.

Jenis perangkat

Pencitra termal adalah perangkat yang populer dan multifungsi sehingga memiliki dua pilihan desain teknologi:

Tidak bergerak. Perangkat dalam kategori ini dimaksudkan untuk digunakan di perusahaan industri untuk memantau proses teknologi. Sistem pendingin nitrogen adalah perangkat yang cukup umum yang dilengkapi dengan pencitraan termal. Karakteristik suhu pengoperasiannya sangat mengesankan: dari −40 hingga +2000 °C. Sistem ini biasanya didasarkan pada perangkat yang dirakit pada matriks fotodetektor semikonduktor.

Portabel (portabel). Perkembangan inovatif telah memungkinkan untuk beralih dari penggunaan peralatan pendingin yang besar, beralih ke produksi pencitra termal berdasarkan mikrobolometer silikon yang tidak didinginkan. Perangkat tersebut memiliki semua keunggulan dari pendahulunya, yang mencakup, misalnya, peningkatan suhu yang kecil selama pengukuran (0,1 °C). Pencitra termal kelas ini juga dapat digunakan untuk pekerjaan penilaian kompleks yang memerlukan kemudahan penggunaan dan portabilitas perangkat. Banyak pencitra termal portabel memiliki kemampuan untuk terhubung ke PC untuk memproses data dengan cepat.

Prinsip pengoperasian pencitraan termal

Algoritma pengoperasian thermal imager terdiri dari tiga tahap:

Fiksasi radiasi IR.
Mengubahnya menjadi nilai suhu.
Pembentukan termogram - gambar termal suatu benda yang menampilkan distribusi suhu pada permukaan benda.

Apalagi tindakan tersebut terjadi secara instan.

Meskipun prinsip pengoperasian thermal imager agak rumit, desain perangkat portabel ini tidak terlalu rumit.

Opsi No. 1. Pencitra termal mandiri dari kamera

Lingkup penerapan thermal imager buatan sendiri

Jika Anda memiliki DSLR yang tidak diperlukan, sekitar $40 untuk filter IR, dan keinginan serta kemampuan untuk membongkar kamera, maka opsi ini tentu patut untuk dicoba.

Opsi No. 2. Pencitra termal sendiri menggunakan termometer inframerah dan papan Arduino

Papan Arduino adalah alat perangkat lunak dan perangkat keras yang dirancang untuk pengguna non-profesional untuk membangun sistem sederhana di bidang otomasi dan robotika.

Di mana pencitra termal seperti itu dapat digunakan?

Opsi No. 3. Pencitra termal buatan sendiri yang ditingkatkan untuk memotret objek statis

Kamera berperan sebagai semacam jendela bidik pada area pemindaian, serta sumber gambar asli, webcam murah mana pun dapat mengatasi peran ini (semakin kecil, semakin baik).

Perakitan

Kami menempatkan papan Arduino di dalam wadah dengan tempat baterai.
Kami memperbaiki motor servo menggunakan lem super atau epoksi di ruang kosong depan papan.
Kami menempatkan motor servo kedua di perangkat berputar dan mengamankan seluruh struktur.
Kami menghubungkan termometer inframerah ke Arduino dengan menghubungkan Ground ke GND, SDA ke PIN4, VIN ke 3.3V dan SCL ke PIN5. Kami juga akan memasang resistor 4,7 kOhm, menghubungkan SDA ke 3.3V dan SCL ke 3.3V.
Kami menghubungkan Kartu Laser atau penunjuk laser. Ini untuk melacak lokasi mana yang sedang dipindai.
Kami memasang webcam sehingga arahnya sama persis dengan arah sensor IR dan laser.

Itu saja. Anda membuat pencitra termal dengan tangan Anda sendiri!

Apa gunanya?

kesimpulan

Dari opsi yang kami jelaskan untuk merakit pencitra termal buatan sendiri, ada dua kesimpulan yang muncul:

Sangat mungkin untuk membuat pencitra termal sendiri.
Pencitra termal buatan sendiri memiliki cakupan yang sangat sempit.

Dengan kenaikan biaya pemanas rumah yang terus-menerus, muncul ide untuk mengurangi kehilangan panas di dalamnya. Dalam hal ini, thermal imager dapat menjadi alat yang sangat diperlukan. Namun bagaimana cara menggunakannya dan, yang terpenting, menginterpretasikan hasilnya dengan benar? Hal ini dijelaskan secara rinci oleh perwakilan Trotec cabang Prancis yang memproduksi kamera inframerah pencitraan termal, Didir Vaygerbert.

Di ruangan jenis apa pencitra termal dapat digunakan?

Kamera inframerah termal dapat digunakan di rumah dengan isolasi buruk untuk mendiagnosis kebocoran panas. Ini akan memungkinkan pekerjaan isolasi berkualitas tinggi untuk menghemat energi. Kamera jenis ini juga dapat digunakan untuk memeriksa kebenaran pemasangan kusen jendela jika diduga terdapat cacat pada pemasangannya. Biasanya, perangkat ini menunjukkan semua perubahan suhu pada permukaan dinding rumah atau apartemen. Selain itu, thermal imager dapat digunakan untuk mengecek properti yang dijual sebelum melakukan transaksi.

Termografi yang baik dilakukan baik di dalam maupun di luar ruangan dengan persentase perkiraan 30% foto eksterior hingga 70% foto interior. Yang paling penting adalah gambar internal, yang paling dekat dengan elemen termografi.

Bagaimana diagnosis dilakukan?

Kamera menunjukkan semua perubahan suhu pada permukaan material. Misalnya, Anda dapat memantau isolasi pintu dan kusen pintu atau penguatan dan penyegelan kusen jendela. Dengan memindai, Anda dapat memeriksa insulasi lantai atas di bawah atap (sebagian ruangan dipindai secara miring). Sebaiknya kamera ditempatkan di dalam ruangan. Itu dapat diinstal secara permanen. Dalam hal ini, ia memainkan peran protektif. Anda dapat memindahkan kamera dari satu tempat ke tempat lain, asalkan atap dan jendelanya terisolasi dengan baik.
Namun termografi kaca tidak dapat dilakukan karena radiasi infra merah dari kamera yang digunakan di dalam gedung tidak melewati kaca jendela (sinar infra merah dipantulkan dari kaca seperti dari cermin).

Bagaimana seharusnya posisi kamera untuk mengamati suatu objek?

Untuk pemindaian termal terbaik, kamera harus diposisikan tegak lurus terhadap objek jika memungkinkan. Termografi atap dari lantai adalah omong kosong. Untuk pembacaan informasi yang lebih akurat dan detail, posisi kamera harus sedekat mungkin dengan objek.

Jembatan termal. Apakah mereka menunjukkan area yang terlalu basah atau masalah ruangan lainnya?

Kamera pencitraan termal sebenarnya dapat mengungkap area lembab pada sebuah bangunan. Bahan basah lebih konduktif dan memiliki suhu berbeda dibandingkan bahan kering serupa.
Sebagai tindakan pencegahan, kamera infra merah dapat digunakan untuk memeriksa panel listrik guna memastikan instalasi listrik berfungsi dengan baik. Kamera akan menunjukkan jika ada area yang mengalami panas berlebih dan suhu tinggi yang tidak normal di luar standar. Memindai jaringan listrik rumah tangga akan membantu menghindari kebakaran dan pemadaman listrik.
Kamera pencitraan termal juga banyak digunakan untuk mendeteksi kebocoran pada jaringan listrik dan komunikasi yang terletak di bawah lantai. Dalam hal ini, diagnostik tidak memerlukan pembongkaran lantai.

Bagaimana cara menguraikan hasil dan bagaimana memperhitungkan pembaruan?

Di dalam gedung, perbedaan suhu antara dinding dan atap sangat diperhitungkan. Beberapa area ruangan, seperti sudut, selalu lebih dingin daripada bagian tengahnya. Dengan menggunakan pencitraan termal, ditentukan apakah perbedaan ini dapat diterima (dalam 2-3 derajat) atau terlalu besar. Misalnya, jika suhu udara luar 0 derajat, suhu internal dinding 20 derajat, dan di sudut 8 atau 12 derajat, maka kamera menunjukkan kurangnya isolasi termal. Semua penyimpangan suhu yang diizinkan ditentukan dalam manual kamera.

Jam berapa waktu terbaik untuk menggunakan kamera inframerah?

Waktu terbaik untuk melakukan termografi adalah pagi hari sebelum matahari terbit. Pekerjaan juga bisa dilakukan pada malam hari, tergantung kondisi. Namun perlu menghindari hari yang terlalu cerah, saat permukaan atap dan dinding menjadi sangat panas.

Dalam kondisi apa pembacaan termografi perumahan dapat terdistorsi?

Hindari melakukan termografi luar ruangan dalam kabut tebal atau hujan. Dalam hal ini, sebagian radiasi infra merah akan diserap oleh partikel air, dan pembacaannya mungkin terdistorsi. Selain itu, tidak disarankan melakukan termografi pada hari yang cerah, karena seluruh bangunan, terutama sisi cerah, akan menjadi sangat panas dan nilainya juga akan sangat terdistorsi.

Mana yang lebih baik, membeli atau menyewa kamera inframerah untuk diagnosis mandiri?

Harga kamera inframerah mulai dari 60.000 rubel. Menyewa pencitra termal murah selama tiga hari akan menelan biaya sekitar 5.500 rubel. Biaya diagnosis lengkap yang dilakukan oleh para profesional adalah sekitar 20.000 rubel.