Opcje
Zasada działania kamer termowizyjnych równanie typów urządzeń nsx. Prawidłowe użycie kamery termowizyjnej

Zasada działania kamer termowizyjnych równanie typów urządzeń nsx. Prawidłowe użycie kamery termowizyjnej

Dziś chyba każdy słyszał o takim urządzeniu jak kamera termowizyjna. Być może wyjątkiem byłyby małe dzieci. Inna sprawa, że tych, którzy widzieli to urządzenie „na żywo”, jest niewielu, a jeszcze więcej tych, którzy trzymali je w rękach. Ale są też tacy, którzy nie tylko zachowali, ale stworzyli własną „domową” wersję kamery termowizyjnej. Jednak bez względu na to, do której kategorii należysz, nasz artykuł i tak będzie dla Ciebie interesujący. Niewtajemniczeni będą w stanie zrozumieć zasadę działania kamery termowizyjnej, a doświadczeni i asy będą mogli odkryć dla siebie nowe możliwości. Ale porozmawiajmy o wszystkim w porządku.

Kamera termowizyjna, będąc urządzeniem do pomiaru temperatury powierzchni metodą bezdotykową, może znacząco ułatwić życie przedstawicielom wielu zawodów. To dość skomplikowane i drogie urządzenie, pierwotnie wynalezione do celów wojskowych, jest dziś z powodzeniem stosowane w większości dziedzin działalności człowieka. Np. w przemyśle - do monitorowania zmian termicznych podczas procesów technologicznych; w medycynie - do diagnozowania chorób; podczas polowania na ptaki i zwierzęta; w budownictwie - w celu określenia obszarów wycieku ciepła lub odwrotnie, miejsc do układania rur. A to nie jest pełny dorobek tego urządzenia.

Rodzaje urządzeń

Kamera termowizyjna jest na tyle popularnym i wielofunkcyjnym urządzeniem, że ma dwie technologiczne opcje konstrukcyjne:

Stacjonarny. Urządzenia tej kategorii przeznaczone są do stosowania w przedsiębiorstwach przemysłowych do monitorowania procesów technologicznych. Układ chłodzenia azotem jest dość powszechnym urządzeniem wyposażonym w taką kamerę termowizyjną. Charakterystyka temperaturowa pracy jest imponująca: od -40 do +2000°C. Układy te opierają się najczęściej na urządzeniach montowanych na matrycach fotodetektorów półprzewodnikowych.

Przenośny (przenośny). Innowacyjne osiągnięcia umożliwiły odejście od stosowania nieporęcznych urządzeń chłodzących i przejście na produkcję kamer termowizyjnych opartych na niechłodzonych mikrobolometrach krzemowych. Urządzenia tego typu posiadają wszystkie zalety swoich poprzedników, do których zalicza się np. mały skok temperatury podczas pomiaru (0,1°C). Kamerę termowizyjną tej klasy można również wykorzystać do skomplikowanych prac diagnostycznych, które wymagają zarówno łatwości obsługi, jak i mobilności urządzenia. Wiele przenośnych kamer termowizyjnych można podłączyć do komputera PC w celu szybkiego przetwarzania zapisanych w nich danych.

Użycie kamery termowizyjnej w określonym obszarze pozostawia pewne ślady na wymaganych charakterystykach operacyjnych tego urządzenia. Dlatego przed zakupem tego urządzenia należy ocenić warunki, w jakich będzie ono używane. Instrukcje pomogą w tym. Kamera termowizyjna zakupiona bez odpowiedniej znajomości instrukcji obsługi może w ogóle nie odpowiadać Twoim potrzebom.Na przykład kamery termowizyjne używane na polowaniu muszą mieć odporną na uderzenia obudowę ze stopu lekkiego o stopniu ochrony co najmniej IP54.

Pożądane jest, aby była to konstrukcja monoblokowa ze wskazaniem w wizjerze i ekranie LCD. A zasięg widzialny myśliwskich kamer termowizyjnych powinien sięgać 1500 m, podczas gdy w budownictwie nie stawia się takich wymagań kamerom termowizyjnym.

Zasada działania kamery termowizyjnej

Działanie kamery termowizyjnej opiera się na zdolności dowolnego obiektu do generowania promieniowania cieplnego (promieniowania IR), którego intensywność zależy bezpośrednio od temperatury obiektu. Kamera termowizyjna wykrywa promienie podczerwone z dużej odległości, przekształcając je w formę dogodną dla ludzkiej percepcji. Różnica w promieniowaniu cieplnym różnych obiektów pozwala zobaczyć reliefy w ciemności, a także zimne lub gorące przepływy. W tym przypadku obszary o najwyższej temperaturze są zaznaczone na czerwono, a obszary o niskiej temperaturze na czarno lub niebiesko.

Powinieneś zrozumieć zasadniczą różnicę między urządzeniami takimi jak kamera termowizyjna i noktowizor. Różnica polega na ich zdolności widzenia w ciemności. Kamera termowizyjna przesyła własne promieniowanie podczerwone obiektów, podczas gdy noktowizor przesyła odbite i wzmocnione promieniowanie-oświetlenie innych obiektów. Oznacza to, że możliwe jest wykonywanie funkcji noktowizora za pomocą kamery termowizyjnej, ale zbudowanie mapy cieplnej za pomocą noktowizora nie jest możliwe.

Algorytm działania kamery termowizyjnej składa się z trzech etapów:

Fiksacja promieniowania IR.
Przeliczając to na wartości temperatury.
Tworzenie termogramu - obrazu termicznego obiektu, który przedstawia rozkład temperatury na powierzchniach obiektów.

Co więcej, działania te zachodzą natychmiast.

Pomimo dość złożonej zasady działania kamery termowizyjnej, konstrukcja urządzenia przenośnego nie jest zbyt uciążliwa.

Należy jednak wziąć pod uwagę, że dla wystarczającej przejrzystości obrazu na ekranie wymagana jest specjalna optyka zawierająca domieszkę germanu. Właśnie to dyktuje wysoki koszt profesjonalnych urządzeń. Ich koszt to tysiące, a czasami dziesiątki tysięcy dolarów. Zgadzam się, kwota nie jest mała.

Ogromne możliwości kamer termowizyjnych od dawna inspirują wielu młodych ludzi do pomysłu złożenia tego urządzenia własnymi rękami. I na szczęście istnieją sposoby na wykonanie kamery termowizyjnej własnymi rękami i uniknięcie tak znacznych wydatków. Oczywiście jeśli urządzenie nie jest przeznaczone do użytku zawodowego.

Poniżej przedstawiamy trzy możliwości wdrożenia kamery termowizyjnej w domu – wybierz, która najbardziej Ci się podoba. A czujniki do kamer termowizyjnych i inne elementy urządzenia można kupić gotowe.

Opcja nr 1. Zrób to sam kamera termowizyjna z kamery

Metoda ta polega na tym, że początkowo matryce wszystkich kamer doskonale wychwytują promieniowanie podczerwone, które tak naprawdę jest niezbędne do działania kamery termowizyjnej. Inna sprawa, że producenci sprzętu fotograficznego dbają o to, aby urządzenia widziały to samo, co ludzkie oko. Aby to zrobić, przed matrycą umieszcza się specjalny filtr, pochłaniający lub odbijający prawie całe promieniowanie podczerwone - „lustro termiczne” lub gorące lustro. Dzięki temu filtrowi krzywa czułości matrycy upodabnia się do krzywej czułości ludzkiego oka. Dlatego łatwo jest wykonać kamerę termowizyjną własnymi rękami, wystarczy wykonać dwa kroki - wyjąć filtry termiczne z kamery i zamiast tego zainstalować filtr widma widzialnego. Jednak, jak pokazuje praktyka, to drugie nie zawsze jest konieczne.

Zakres zastosowania domowej kamery termowizyjnej

Czy tak wykonaną kamerę termowizyjną można wykorzystać do potrzeb domowych? Całkiem. Czy taka kamera termowizyjna nadawałaby się na budowę lub np. na polowanie? Całkiem możliwe. W każdym razie miłośnikom rekreacji na świeżym powietrzu z pewnością spodoba się to urządzenie. Za jego pomocą możesz kontrolować podejście zwierząt do swojego obozu w nocy, a także szukać zagubionych członków grupy we mgle lub kłębach kurzu.

Jeśli posiadasz niepotrzebną lustrzankę cyfrową, około 40 dolarów za filtr IR oraz chęć i możliwość rozebrania aparatu, to z pewnością warto wypróbować tę opcję.

Opcja nr 2. Kamera termowizyjna typu „zrób to sam” wykorzystując termometr na podczerwień i płytkę Arduino

Idea tej metody jest bardzo prosta. Aby stworzyć kamerę termowizyjną własnymi rękami, będziesz potrzebować niedrogiego termometru na podczerwień - jest to urządzenie, które może zmierzyć temperaturę określonego punktu przestrzeni w niewielkiej odległości oraz płytki Arduino, za pomocą której podłączymy ją do diody RGB z jakiejś latarki.

Płytka Arduino to narzędzie programowo-sprzętowe przeznaczone dla użytkowników nieprofesjonalnych do budowy prostych systemów z zakresu automatyki i robotyki.

Zaprogramujmy system tak, aby światło lampy zmieniało różne kolory w zależności od wskazań termometru. Zróbmy to tradycyjnie, tak aby wysokie temperatury odpowiadały czerwieni, a niskie temperatury błękitowi. Zatem kierując latarkę z wbudowanym termometrem w dowolny obiekt, automatycznie oświetlamy ten obiekt odpowiednim kolorem, w zależności od jego temperatury. Jeśli dodasz do tego zestawu kamerę, nie tylko będziesz mógł zobaczyć w kolorze temperaturę powierzchni otaczających Cię obiektów, ale także uzyskasz obrazy nie gorsze od tych, które potrafią nawet najdroższe kamery termowizyjne Widzieć.

Gdzie można zastosować taką kamerę termowizyjną?

Oczywiście takie urządzenia to nie to samo, co kamery termowizyjne do polowań. Trudno jest stworzyć potężne urządzenie własnymi rękami. Ale przedstawiona opcja może być przydatna do potrzeb domowych, zwłaszcza że koszt tego domowego projektu nie przekracza 50 dolarów.

Opcja nr 3. Ulepszona domowa kamera termowizyjna do fotografowania obiektów statycznych

Rozwój zawdzięcza swoje narodziny dwóm niemieckim studentom, Maxowi Ritterowi i Markowi Cole'owi. Ci młodzi mieszkańcy Mindelheim wynaleźli urządzenie, które było dość łatwe w produkcji i otrzymali za to nagrodę w 2010 roku na forum naukowo-technicznym.

Urządzenie składa się z dwóch serw (do ruchu w poziomie i w pionie), kontrolera Arduino (odpowiedzialnego za przetwarzanie sygnału i przesyłanie danych do komputera), modułu bezdotykowego czujnika temperatury (np. MLX90614-BCI), modułu laserowego lub wskaźnik laserowy (wskaże obszar skanowania), obudowy i kamery internetowe. Będziesz także potrzebować dwóch rezystorów 4,7 kOhm i statywu.

Kamera pełni rolę swoistego wizjera obszaru skanowania, a także źródła oryginalnego obrazu, z tą rolą poradzi sobie każda tania kamerka internetowa (im mniejsza, tym lepsza).

Dane generowane przez czujnik można odczytać za pomocą magistrali SMBus i PWM. Nasza obudowa pozwala również na zastosowanie czujnika z indeksami BCI. Zasilanie 3V. Indeks BCI oznacza typ obudowy z mocowaniem zapewniającym wąski kąt widzenia wynoszący 5°.

Montaż

Płytkę Arduino umieszczamy w obudowie z komorą na baterię.
Mocujemy serwomotor za pomocą superkleju lub żywicy epoksydowej w przedniej pustej przestrzeni deski.
W urządzeniu obrotowym umieszczamy drugi siłownik i zabezpieczamy całą konstrukcję.
Podłączamy termometr na podczerwień do Arduino, podłączając masę do GND, SDA do PIN4, VIN do 3,3 V i SCL do PIN5. Zamontujemy także rezystor 4,7 kOhm, łączący SDA z napięciem 3,3 V i SCL z napięciem 3,3 V.
Podłączamy Kartę Laserową lub wskaźnik laserowy. Ma to na celu śledzenie, z której lokalizacji jest aktualnie skanowane.
Kamerę internetową instalujemy tak, aby jej kierunek dokładnie pokrywał się z kierunkiem czujnika IR i lasera.

To wszystko. Zrobiłeś kamerę termowizyjną własnymi rękami!

Do czego to jest dobre?

Proces skanowania obiektu i wydawania mapy cieplnej trwa około minuty, ponieważ czujnik skanuje przyszły obraz punkt po punkcie. Jest to oczywiście całkowicie bezużyteczne w procesie polowania. Jednak ta domowa kamera termowizyjna będzie doskonałym pomocnikiem przy pracach budowlanych i innych pracach naprawczych. Można ją na przykład zastosować jako metodę badania ciepła w połączeniach elektrycznych lub zespołach zasilających. Urządzenie pozwala nie tylko zobaczyć obraz termiczny, ale także ilościowe wartości temperatury.

Oprócz powolnego działania kamera termowizyjna ma jeszcze jedną wadę - jest ściśle połączona z komputerem, przez co jest mało mobilna. Ale w niektórych przypadkach możliwości urządzenia i jego koszt są całkiem uzasadnione - za wszystkie komponenty trzeba będzie zapłacić nie więcej niż 200 USD. mi.

wnioski

Z opisanych przez nas opcji montażu domowych kamer termowizyjnych nasuwają się dwa wnioski:

Całkiem możliwe jest samodzielne wykonanie kamery termowizyjnej.
Domowa kamera termowizyjna ma bardzo wąski zakres zastosowań.

Dlatego jeśli potrzebujesz kamery termowizyjnej do celów globalnych, powinieneś odłożyć eksperymenty i wydać pieniądze na sprzęt wysokiej jakości. Wszystkim, którzy po prostu uwielbiają projektować i są całkiem zadowoleni z możliwości domowych produktów, możemy doradzić - zbieraj, eksperymentuj, a może się zdarzyć, że będziesz w stanie przewyższyć osiągnięcia opisanych przez nas domowych opcji i Twórz własnoręcznie znacznie bardziej zaawansowane kamery termowizyjne do polowań. Idź po to!

Tych, którzy nie radzą sobie szczególnie z lutownicą i śrubokrętem, ale bardzo lubią spędzać czas na łonie natury, a także tych, którzy w celach zawodowych mogą potrzebować wizualizacji właściwości temperaturowych obiektów w zakresie od 0 do 100°C, zaleca się zwrócenie uwagi na gotowy sprzęt półprofesjonalny. Na przykład na smartfonach z kamerą termowizyjną Flir One.

Urządzenia te doskonale sprawdzą się wśród myśliwych i ekstremalnych podróżników, gdyż są wygodne, mobilne i przystosowane do pracy w temperaturach od 0 do 45°C i przy dużej wilgotności powietrza. Jednocześnie koszt takiego urządzenia niewiele różni się od kosztów wszelkiego rodzaju domowych produktów.

Kamery termowizyjne to urządzenia, które można wykorzystać do monitorowania rozkładu temperatury mierzonej powierzchni. Powierzchnia ta wyświetlana jest na ekranie urządzenia w postaci kolorowego pola. Na tym polu określony kolor odpowiada określonej temperaturze. Na ekranie wyświetlany jest pozorny zakres temperatur. Standardowa rozdzielczość najnowszych kamer termowizyjnych wynosi 0,1 stopnia.

W niedrogich urządzeniach informacje są przechowywane w pamięci urządzenia i w razie potrzeby odczytywane przez komputer. Najczęściej takie urządzenia są używane w połączeniu z laptopem i specjalnym programem odbierającym informacje z kamery termowizyjnej.

Kamery termowizyjne pojawiły się po raz pierwszy w latach 30. ubiegłego wieku. Nowoczesne systemy termowizyjne zaczęły się rozwijać dopiero w latach 60-tych. Odbiorniki promieniowania cieplnego miały jeden element. Obraz w odbiornikach zrealizowano wykorzystując punktowe przemieszczenie optyki. Takie urządzenia miały niską wydajność i umożliwiały obserwację zmian temperatury przy małej prędkości.

Wraz z rozwojem postępu technologicznego pojawiły się ogniwa zdolne do przechowywania sygnału świetlnego. Stało się możliwe projektowanie nowych kamer termowizyjnych opartych na matrycach sensorowych. Z tych matryc sygnały trafiają do dekodera, następnie do głównego procesora urządzenia w celu przetworzenia.

W określonej kolejności sygnały są rzutowane na matrycę o rozkładzie temperatur o różnych oznaczonych kolorach. Zasada ta umożliwiła uzyskanie przenośnych, autonomicznych urządzeń zdolnych do szybkiego przetwarzania danych, co pozwala na monitorowanie zmian temperatury w czasie rzeczywistym.

Obiecującym osiągnięciem w zakresie nowych kamer termowizyjnych jest zastosowanie niechłodzonych bolometrów. Zasada ta opiera się na zwiększonej dokładności obliczania zmiany rezystancji cienkich płytek pod wpływem promieniowania cieplnego w całym widmie. Technologia ta jest popularna w wielu krajach do produkcji nowych kamer termowizyjnych, które mają wysokie wymagania w zakresie bezpieczeństwa i mobilności. W naszym kraju produkcja autonomicznych kamer termowizyjnych z niechłodzonymi bolometrami rozpoczęła się w 2007 roku.

Funkcje operacyjne i konstrukcyjne

Promieniowanie podczerwone skupiane jest przez układ optyczny kamery termowizyjnej na odbiorniku, który dostarcza sygnał w postaci zmiany rezystancji lub napięcia.
Elektronika rejestruje odebrany sygnał z systemu termowizyjnego. W rezultacie sygnał jest przetwarzany na elektroniczny termogram. Jest to pokazane na wyświetlaczu.

Termogram to obraz obiektu, który został przetworzony przez system elektroniczny w celu wyświetlenia go na ekranie w różnych odcieniach kolorów odpowiadających rozkładowi promieni podczerwonych na powierzchni obiektu. Dzięki temu operator widzi termogram odpowiadający promieniowaniu ciepła pochodzącemu od badanego obiektu.

Czułość detektora na promieniowanie cieplne zależy od jego własnej temperatury i jakości chłodzenia. Dlatego detektor umieszcza się w specjalnym urządzeniu chłodzącym. Najpopularniejszym rodzajem chłodzenia jest ciekły azot. Metoda ta jest jednak niewygodna i dość prymitywna.

Inny rodzaj chłodzenia stali. Są to półprzewodniki, które mogą wytworzyć różnicę temperatur, gdy przepływa przez nie prąd elektryczny, i działają na zasadzie pompy ciepła. Czułość czujnika kamery termowizyjnej jest tworzona przy użyciu czułych półprzewodników wykonanych z rtęci, kadmu, telluru, antymonku indu i innych materiałów.

Części i elementy kamer termowizyjnych

Koszt kamery termowizyjnej jest dość wysoki. Jego głównymi elementami są soczewka i matryca (odbiornik promieniowania), które stanowią 90% kosztu całego urządzenia. Takie matryce są trudne w produkcji. Soczewka nie może być wykonana ze szkła, ponieważ szkło nie przepuszcza promieni podczerwonych. Dlatego w soczewkach stosuje się drogie, rzadkie materiały (german). Obecnie trwają poszukiwania innych niedrogich materiałów.

Pozostałe elementy urządzenia to:

1 - Osłona obiektywu
2 - Wyświetlacz
3 - Kontrola
4 — Uchwyt z paskiem
5 - Kamera termowizyjna
6 - Rozpocznij
7 — Obiektyw
8* — Układ elektroniczny
9* - Pamięć do przechowywania informacji
10* - Oprogramowanie

Soczewki

Kamera termowizyjna musi posiadać co najmniej jedną soczewkę zdolną do skupiania promieniowania fal podczerwonych na odbiorniku promieniowania. Następnie odbiornik wysyła sygnał elektryczny i wytwarza obraz termiczny (elektroniczny), zwany termogramem.

Najczęściej soczewki wykonane są z germanu. Aby zoptymalizować transmisję światła przez soczewki, stosuje się cienkowarstwowe powłoki antyrefleksyjne. W zestawie z kamerą termowizyjną zazwyczaj znajduje się futerał do przechowywania i przenoszenia urządzenia oraz inne dodatkowe wyposażenie umożliwiające korzystanie z urządzenia w warunkach terenowych.

Wyświetla

Wzór promieniowania cieplnego jest wyświetlany na ekranie ciekłokrystalicznym (wyświetlaczu). Powinien charakteryzować się dobrą jasnością i rozmiarem umożliwiającym łatwe oglądanie obrazu w terenie w różnych warunkach oświetleniowych. Na ekranie zazwyczaj znajdują się informacje pomocnicze. Obejmuje to skalę kolorów temperatury, godzinę, datę, poziom naładowania baterii, temperaturę obiektu i inne przydatne informacje.

Obwód przetwarzania sygnału i odbiornik promieniowania służą do modyfikacji emisji światła podczerwonego na niezbędną użyteczną informację. Promieniowanie cieplne obiektu skupia się na specjalnym odbiorniku. Jest wykonany z półprzewodników. Promieniowanie cieplne wytwarza sygnał elektryczny w odbiorniku. Następnie sygnał trafia do obwodu elektronicznego znajdującego się wewnątrz urządzenia, po przetworzeniu sygnału przez elektronikę na ekranie pojawia się obraz termiczny.

Sterownica

Za pomocą tych elementów dokonuje się różnych regulacji układu elektronicznego w celu optymalizacji obrazu promieniowania cieplnego na wyświetlaczu. Takie korekty elektroniczne mogą zmienić gamę kolorów i fuzję obrazu, odstępy między poziomami termicznymi. Regulowana jest także odbita temperatura tła i emisyjność.

Magazyn danych

Cyfrowe dane elektroniczne, które zawierają obrazy termowizyjne i dane pomocnicze, można przechowywać na różnego rodzaju elektronicznych kartach pamięci lub urządzeniach do przesyłania i przechowywania danych.

Większość systemów termowizyjnych w podczerwieni jest w stanie przechowywać pomocnicze dane tekstowe i głosowe, a także migawkę obrazu, która jest uzyskiwana za pomocą wewnętrznej wbudowanej kamery pracującej w widmie widzialnym człowieka.

Tworzenie raportów i oprogramowanie

Oprogramowanie stosowane w wielu nowoczesnych systemach termowizyjnych jest przyjazne dla użytkownika i funkcjonalne dla operatora. Obrazy cyfrowe i widzialne termowizyjne kopiowane są do komputera lub laptopa. Tam informacje te można analizować przy użyciu różnych palet kolorów i można dokonywać innych dostosowań danych radiometrycznych.

Możliwe jest także skorzystanie z wbudowanych opcji analitycznych. Przetworzone obrazy można uwzględnić w przykładowych raportach lub wydrukować na drukarce. Zdjęcia mogą być także przesłane do klienta za pośrednictwem Internetu lub zapisane w formie elektronicznej na komputerze.

Klasyfikacja

Kamery termowizyjne dzielą się na kilka typów w oparciu o różne cechy.

Obserwacyjny przetwarza promienie podczerwone na światło widzialne dla oka, zgodnie ze specjalną skalą barw.

Zmierzenie Kamery termowizyjne są w stanie określić temperaturę badanego obiektu, przypisując wartość cyfrowego sygnału pikselowego do określonej odpowiedniej temperatury. Rezultatem jest obraz rozkładu temperatury.

Stacjonarny Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w przedsiębiorstwach przemysłowych, gdzie monitoruje się przestrzeganie procesów technologicznych w zakresie -40+2000 stopni. Takie urządzenia są wyposażone w chłodzenie azotem, aby stworzyć normalne warunki pracy sprzętu odbiorczego. Systemy takie składają się z kamer termowizyjnych III generacji wykonanych na półprzewodnikowych matrycach fotodetektorowych.

Przenośny Urządzenia termowizyjne opracowywane są w oparciu o niechłodzone mikrobolometry krzemowe. W rezultacie możliwa stała się rezygnacja z używania nieporęcznych i drogich urządzeń chłodniczych. Takie urządzenia mają wszystkie zalety modeli stacjonarnych. Co więcej, można je zastosować w trudno dostępnych miejscach. Wiele przenośnych kamer termowizyjnych można podłączyć do komputera w celu przetwarzania informacji.

Noktowizory często mylone są z kamerami termowizyjnymi. Istnieje jednak między nimi duża różnica. Noktowizor może pracować w warunkach słabego oświetlenia, ponieważ wzmacnia światło. Często światło wpadające do obiektywu oślepia osobę. Kamera termowizyjna nie wymaga światła, ponieważ jej zasada działania opiera się na termicznych promieniach podczerwonych.

Zakres zastosowania kamer termowizyjnych

Kamery termowizyjne znajdują zastosowanie w różnych obszarach naszego życia. Urządzenia te wykorzystywane są na przykład w ochronie obiektów i wywiadu wojskowego. W nocy za pomocą tego urządzenia można zobaczyć osobę w całkowitej ciemności z odległości do 300 metrów, a sprzęt wojskowy z odległości do 3 km.

Obecnie dostępne są mikrofalowe kamery wideo z możliwością przesyłania obrazu do komputera. Czułość takiego aparatu wynosi kilka setnych stopnia. Dlatego też, jeśli w nocy chwycisz za klamkę, odcisk termiczny będzie widoczny przez około 30 minut.

Kamery termowizyjne są bardzo obiecujące w identyfikowaniu defektów w różnych instalacjach. Dzieje się tak, gdy temperatura określonego miejsca w mechanizmie lub urządzeniu wzrasta lub spada. Czasami pewne defekty można wykryć jedynie za pomocą kamery termowizyjnej. Na podporach ciężkich konstrukcji (mostów) podczas starzenia zmęczeniowego metalu i wynikających z niego odkształceń, w niektórych miejscach wytwarza się więcej ciepła niż powinno. Dzięki temu możliwe jest zdiagnozowanie usterek bez demontażu obiektu.

W rezultacie można powiedzieć, że kamery termowizyjne służą jako operacyjny kontroler bezpieczeństwa obiektu.

Kamery termowizyjne są szeroko stosowane w medycynie do diagnozowania patologii różnych chorób. U zdrowego pacjenta temperatura ciała rozkłada się symetrycznie od linii środkowej całego ciała. Jeśli ta symetria zostanie naruszona, jest to kryterium diagnozowania chorób za pomocą kamery termowizyjnej.

Termografia to nowoczesna metoda diagnostyczna w medycynie. Metoda ta polega na wykrywaniu promieniowania podczerwonego emitowanego przez ciało człowieka w zależności od jego temperatury. Intensywność i rozkład promieniowania cieplnego są zwykle zdeterminowane specyficznymi procesami fizjologicznymi zachodzącymi w organizmie w narządach głębokich i powierzchownych.

Różne stany patologiczne charakteryzują się asymetrią rozkładu temperatury ciała. Znajduje to odzwierciedlenie w obrazie termograficznym. Fakt ten ma istotne znaczenie prognostyczne i diagnostyczne. Potwierdza to wiele badań klinicznych.

Istnieją dwa główne typy termografii:

Teletermografia.
Kontaktowa termografia cholesteryczna.

Teletermografia polega na modyfikowaniu promieni podczerwonych emitowanych przez ludzkie ciało na sygnał prądu elektrycznego, który jest wyświetlany na wyświetlaczu kamery termowizyjnej.

Termografia cholesteryczna kontaktowa działa w oparciu o właściwości optyczne ciekłych kryształów, które po nałożeniu na emitujące powierzchnie objawiają się zmianą koloru na kolory tęczowe. Zimniejsze miejsca są zaznaczone na niebiesko, a cieplejsze – na czerwono.

Zastosowania przemysłowe

Monitorowanie procesów wymiany ciepła w układach wydechowych pojazdów, silnikach i chłodnicach.
Sprawdzanie i projektowanie układu hamulcowego samochodu.
Sterowanie zgrzewaniem ultradźwiękowym.
Opracowanie systemu klimatyzacji samochodowej.
Kontrola jakości płytek drukowanych w elektronice.
Sterowanie trybem spawania.
Wykrywanie niewspółosiowości wałów, łożysk, przekładni.
Analiza naprężeń metali.
Monitorowanie izolacji i szczelności pojemników na płyny.
Określanie właściwości termoizolacyjnych.
Wykrywanie strat ciepła w pomieszczeniach.
Diagnostyka konstrukcji ogrodzeniowych.
Zapobieganie pożarom.
Wykrywanie wycieków gazu z gazociągu.
Sterowanie procesami technologicznymi.
Sprawdzanie sprzętu elektrycznego.
Sprawdzenie wydajności tras termicznych.
Identyfikacja miejsc, z których ucieka zimne powietrze.
Kontrola izolacji termicznej rurociągów.
Sprawdzanie sprzętu napełnionego olejem.
Sprawdzanie stojana generatora.
Sterowanie gazem i kominami.

Każdy obiekt emituje fale elektromagnetyczne w bardzo szerokim zakresie częstotliwości, w tym fale w zakresie podczerwieni, tzw. „promieniowanie cieplne”. W tym przypadku natężenie promieniowania cieplnego zależy bezpośrednio od temperatury obiektu, a jedynie w bardzo niewielkim stopniu od warunków oświetleniowych w zakresie widzialnym. Tym samym za pomocą urządzenia termowizyjnego można zebrać i zwizualizować dodatkowe, niedostępne dla ludzkiego oka i przyrządów, informacje na temat każdego obserwowanego obiektu.Kamera termowizyjna to urządzenie, które pozwala na wizualizację wzoru promieniowania cieplnego obiektu obserwowany obiekt. Otwiera to szereg unikalnych możliwości dla różnych obszarów działalności: precyzyjnych pomiarów, kontroli procesów technologicznych i oczywiście – zapewnienia bezpieczeństwa.

Zasada działania nowoczesnych kamer termowizyjnych opiera się na zdolności niektórych materiałów do wykrywania promieniowania w zakresie podczerwieni. Za pomocą urządzenia optycznego zawierającego soczewki wykonane z rzadkich materiałów przezroczystych dla promieniowania podczerwonego (takich jak german) promieniowanie cieplne obiektów jest rzutowane na szereg czujników wrażliwych na promieniowanie podczerwone. Następnie złożone mikroukłady odczytują informacje z tych czujników i generują sygnał wideo, w którym różnym kolorom obrazu odpowiadają różne temperatury obserwowanego obiektu. Na górze ramki można wyświetlić skalę zgodności pomiędzy kolorem punktu na obrazie a temperaturą bezwzględną obserwowanego obiektu. Możliwe jest także wskazanie temperatur najgorętszych i najzimniejszych punktów obrazu. W zależności od modelu kamery termowizyjne różnią się wielkością kroku mierzonej temperatury. Nowoczesne technologie pozwalają rozróżnić temperaturę obiektów z dokładnością do 0,05-0,1 K.

Wiele urządzeń do obrazowania termowizyjnego jest również wyposażonych w urządzenia pamięci do rejestrowania powstałego obrazu wideo charakterystyki promieniowania cieplnego oraz w mikroprocesory o wysokiej wydajności, które umożliwiają minimalną analizę w czasie rzeczywistym obrazu promieniowania podczerwonego uzyskanego w wyniku skanowania. Dość często stosuje się konfigurację wspólnego wykorzystania kamery termowizyjnej i kamery wideo, co pozwala na ogół uzyskać obraz obiektu w „rozszerzonym” zakresie łącznego widma podczerwonego i widzialnego oraz w niesprzyjających warunkach (np. brak oświetlenia obiektu) na obserwację obiektu przynajmniej w jednym z zakresów. Podczerwień lub zakres widzialny można nakładać na siebie lub transmitować oddzielnie. Specjalne oprogramowanie pozwala skonfigurować działanie kompleksu termowizyjnego, koordynując pracę wszystkich wchodzących w jego skład urządzeń tak efektywnie, jak to możliwe.

Dokładność obrazu i inne cechy kamery termowizyjnej są zwykle określone przez zakres jej zastosowania. W laboratoriach naukowych stosuje się bardziej złożone konstrukcje, które ze względu na wąską specjalizację mają najmniejszy krok w mierzonej temperaturze. Aby zapewnić bezpieczeństwo w różnych miejscach, stosuje się modele, które rejestrują promieniowanie cieplne z nieco mniejszą dokładnością, ale działają w szerszym zakresie częstotliwości i z dokładnością więcej niż wystarczającą do skutecznego wykonywania swoich funkcji. W każdym razie zasada działania kamery termowizyjnej – pomiar i wizualizacja promieniowania cieplnego – jest pożądana we wszystkich sferach życia współczesnego społeczeństwa.

Charakterystyka techniczna kamery termowizyjnej

Głównymi cechami technicznymi kamery termowizyjnej, na które zwracają uwagę eksperci, są takie parametry, jak rodzaj matrycy, długość ogniskowej, czułość matrycy, kąty widzenia i zakres temperatur pracy. To oczywiście tylko główne parametry, są też inne.

Ponieważ dla każdego modelu, w zależności od jego przeznaczenia, cechy są indywidualne, możesz dowiedzieć się więcej na ich temat w naszym katalogu.

Rodzaje urządzeń

Kamera termowizyjna jest na tyle popularnym i wielofunkcyjnym urządzeniem, że ma dwie technologiczne opcje konstrukcyjne:

Stacjonarny. Urządzenia tej kategorii przeznaczone są do stosowania w przedsiębiorstwach przemysłowych do monitorowania procesów technologicznych. Układ chłodzenia azotem jest dość powszechnym urządzeniem wyposażonym w taką kamerę termowizyjną. Charakterystyka temperaturowa pracy jest imponująca: od -40 do +2000°C. Układy te opierają się najczęściej na urządzeniach montowanych na matrycach fotodetektorów półprzewodnikowych.

Przenośny (przenośny). Innowacyjne osiągnięcia umożliwiły odejście od stosowania nieporęcznych urządzeń chłodzących i przejście na produkcję kamer termowizyjnych opartych na niechłodzonych mikrobolometrach krzemowych. Urządzenia tego typu posiadają wszystkie zalety swoich poprzedników, do których zalicza się np. mały skok temperatury podczas pomiaru (0,1°C). Kamerę termowizyjną tej klasy można również wykorzystać do skomplikowanych prac diagnostycznych, które wymagają zarówno łatwości obsługi, jak i mobilności urządzenia. Wiele przenośnych kamer termowizyjnych można podłączyć do komputera PC w celu szybkiego przetwarzania zapisanych w nich danych.

Zasada działania kamery termowizyjnej

Algorytm działania kamery termowizyjnej składa się z trzech etapów:

Fiksacja promieniowania IR.
Przeliczając to na wartości temperatury.
Tworzenie termogramu - obrazu termicznego obiektu, który przedstawia rozkład temperatury na powierzchniach obiektów.

Co więcej, działania te zachodzą natychmiast.

Pomimo dość złożonej zasady działania kamery termowizyjnej, konstrukcja urządzenia przenośnego nie jest zbyt uciążliwa.

Opcja nr 1. Zrób to sam kamera termowizyjna z kamery

Zakres zastosowania domowej kamery termowizyjnej

Jeśli posiadasz niepotrzebną lustrzankę cyfrową, około 40 dolarów za filtr IR oraz chęć i możliwość rozebrania aparatu, to z pewnością warto wypróbować tę opcję.

Opcja nr 2. Kamera termowizyjna typu „zrób to sam” wykorzystując termometr na podczerwień i płytkę Arduino

Płytka Arduino to narzędzie programowo-sprzętowe przeznaczone dla użytkowników nieprofesjonalnych do budowy prostych systemów z zakresu automatyki i robotyki.

Gdzie można zastosować taką kamerę termowizyjną?

Opcja nr 3. Ulepszona domowa kamera termowizyjna do fotografowania obiektów statycznych

Kamera pełni rolę swoistego wizjera obszaru skanowania, a także źródła oryginalnego obrazu, z tą rolą poradzi sobie każda tania kamerka internetowa (im mniejsza, tym lepsza).

Montaż

Płytkę Arduino umieszczamy w obudowie z komorą na baterię.
Mocujemy serwomotor za pomocą superkleju lub żywicy epoksydowej w przedniej pustej przestrzeni deski.
W urządzeniu obrotowym umieszczamy drugi siłownik i zabezpieczamy całą konstrukcję.
Podłączamy termometr na podczerwień do Arduino, podłączając masę do GND, SDA do PIN4, VIN do 3,3 V i SCL do PIN5. Zamontujemy także rezystor 4,7 kOhm, łączący SDA z napięciem 3,3 V i SCL z napięciem 3,3 V.
Podłączamy Kartę Laserową lub wskaźnik laserowy. Ma to na celu śledzenie, z której lokalizacji jest aktualnie skanowane.
Kamerę internetową instalujemy tak, aby jej kierunek dokładnie pokrywał się z kierunkiem czujnika IR i lasera.

To wszystko. Zrobiłeś kamerę termowizyjną własnymi rękami!

Do czego to jest dobre?

wnioski

Z opisanych przez nas opcji montażu domowych kamer termowizyjnych nasuwają się dwa wnioski:

Całkiem możliwe jest samodzielne wykonanie kamery termowizyjnej.
Domowa kamera termowizyjna ma bardzo wąski zakres zastosowań.

W obliczu ciągłego wzrostu kosztów ogrzewania domu pojawia się pomysł ograniczenia strat ciepła w nim. W tym wypadku niezastąpionym narzędziem może okazać się kamera termowizyjna. Ale jak go używać i, co najważniejsze, poprawnie interpretować wyniki? Szczegółowo wyjaśnił to przedstawiciel francuskiego oddziału firmy Trotec, produkującej kamery termowizyjne na podczerwień, Didir Vaygerbert.

W jakim pomieszczeniu można zastosować kamerę termowizyjną?

Kamery termowizyjne na podczerwień można stosować w słabo izolowanych domach do diagnozowania wycieków ciepła. Umożliwi to wykonanie wysokiej jakości prac izolacyjnych w celu oszczędzania energii. Kamera tego typu może być również wykorzystana do sprawdzenia poprawności montażu stolarki okiennej w przypadku podejrzenia usterek w montażu. Z reguły to urządzenie pokazuje wszystkie zmiany temperatury na powierzchni ścian domu lub mieszkania. Ponadto kamerę termowizyjną można wykorzystać do sprawdzenia sprzedawanej nieruchomości przed dokonaniem transakcji.

Dobra termografia jest wykonywana zarówno w pomieszczeniach, jak i na zewnątrz, przy przybliżonym odsetku zdjęć zewnętrznych do 70% zdjęć wnętrz. Najważniejsze są obrazy wewnętrzne, które są najbliższe elementom termografii.

W jaki sposób przeprowadzana jest diagnoza?

Kamera pokazuje wszystkie zmiany temperatury na powierzchni materiału. Można na przykład monitorować izolację drzwi i ościeżnic lub wzmocnienie i uszczelnienie ram okiennych. Skanując, możesz sprawdzić izolację górnej kondygnacji pod dachem (część pomieszczenia jest skanowana pod kątem). Lepiej jest, jeśli kamera znajduje się w pomieszczeniu. Można go zamontować na stałe. W tym przypadku pełni rolę ochronną. Kamerę można przenosić z miejsca na miejsce, pod warunkiem jednak, że dach i okna będą dobrze izolowane.
Nie można jednak wykonać termowizji szkła, ponieważ promieniowanie podczerwone z kamery zastosowanej w budynku nie przechodzi przez szybę okna (promienie podczerwone odbijają się od szyby jak od lustra).

Jak ustawić kamerę, aby obserwować obiekt?

Aby uzyskać najlepsze skanowanie termowizyjne, kamerę należy w miarę możliwości ustawić prostopadle do obiektu. Termografia dachu z podłogi to bzdura. Aby uzyskać dokładniejszy i bardziej szczegółowy odczyt informacji, kamerę należy ustawić jak najbliżej obiektu.

Mostki termiczne. Czy pokazują obszary, które są zbyt mokre lub inne problemy z pomieszczeniem?

Kamera termowizyjna może faktycznie ujawnić wilgotne obszary budynku. Mokry materiał jest bardziej przewodzący i będzie miał inną temperaturę niż podobny suchy materiał.
Jako środek zapobiegawczy można zastosować kamerę na podczerwień do sprawdzenia paneli elektrycznych pod kątem prawidłowego funkcjonowania instalacji elektrycznych. Kamera pokaże, czy występują obszary nietypowego przegrzania i wysokich temperatur, które wykraczają poza normy. Skanowanie domowych sieci elektrycznych pomoże uniknąć pożarów i przerw w dostawie prądu.
Kamery termowizyjne znajdują również szerokie zastosowanie w wykrywaniu nieszczelności w sieciach elektrycznych i komunikacyjnych zlokalizowanych pod podłogami. W tym przypadku diagnostyka nie wymaga demontażu podłogi.

Jak rozszyfrować wyniki i jak uwzględnić aktualizacje?

Wewnątrz budynku szczególnie uwzględniane są różnice temperatur pomiędzy ścianami i dachem. Niektóre obszary pomieszczenia, np. narożniki, są zawsze zimniejsze niż środek. Za pomocą kamery termowizyjnej określa się, czy różnica ta jest akceptowalna (w granicach 2-3 stopni), czy też zbyt duża. Przykładowo, jeśli temperatura powietrza na zewnątrz wynosi 0 stopni, wewnętrzna temperatura ścian wynosi 20 stopni, a w narożach 8 lub 12 stopni, wówczas kamera pokazuje brak izolacji termicznej. Wszystkie dopuszczalne odchylenia temperatury są podane w instrukcji obsługi kamery.

O której porze dnia najlepiej używać kamery na podczerwień?

Najlepszy czas na wykonanie termografii to wczesny ranek przed wschodem słońca. W zależności od warunków prace mogą być prowadzone również wieczorem. Należy jednak unikać dni zbyt słonecznych, kiedy powierzchnia dachu i ścian mocno się nagrzewa.

W jakich warunkach odczyty termowizji w budynkach mieszkalnych mogą zostać zniekształcone?

Unikaj wykonywania termografii na zewnątrz w gęstej mgle lub deszczu. W takim przypadku część promieniowania podczerwonego zostanie pochłonięta przez cząsteczki wody, a odczyty mogą zostać zniekształcone. Ponadto nie zaleca się wykonywania termowizji w słoneczny dzień, ponieważ cały budynek, a zwłaszcza strona słoneczna, będzie bardzo nagrzany, a wartości również zostaną znacznie zniekształcone.

Co jest lepsze, kupić lub wypożyczyć kamerę na podczerwień do autodiagnostyki?

Ceny kamer na podczerwień zaczynają się od 60 000 rubli. Wynajęcie niedrogiej kamery termowizyjnej na trzy dni będzie kosztować około 5500 rubli. Koszt pełnej diagnozy przeprowadzonej przez specjalistów wynosi około 20 000 rubli.