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.