Тепловизор: кому полезен и где применяется, как выбрать

Что такое тепловизор?

Тепловизор – измерительный прибор, который позволяет видеть тепловое (инфракрасное) излучение окружающих объектов в любое время суток, измерять температуру в любой точке на поверхности с точностью 0,1°С и выше. Основное предназначение тепловизора - бесконтактное измерение температуры объектов живой и неживой природы, поиск неисправностей оборудования и электрики, недочётов строительства. Тепловизионные камеры создают чёткие тепловые изображения, основываясь на разнице температур. А сложные алгоритмы простых с виду камер считывают с этих изображений температурные значения. Самые горячие места окрашиваются в красный, жёлтый и оранжевый цвета, холодные в синий и чёрный.

Популярность тепловизоры обрели благодаря возможности применения во всех отраслях жизнедеятельности человека. Самые популярные области применения это строительство, охота, медицина и промышленность. Всё чаще тепловизоры используются и в быту для обследования квартир и частных домов, позволяют находить места утечек тепла и неполадки в электрике.

Принцип работы тепловизора

Принцип работы тепловизора основан на регистрации и анализе температур поверхности объектов. У каждого из материалов своя отражающая и поглощающая инфракрасное излучение способность. Неравномерность нагрева одной и той же поверхности позволяет формировать картину распределения температуры на ней, ассоциируя цвет на дисплее с температурой. При этом температурное разрешение составляет величину 0,05-0,1 градуса. Особенности спектрального диапазона 8-14 мкм и 3-5,5 мкм, в котором работают тепловизоры, таковы, что приземные слои атмосферы наиболее прозрачны для данной длины волны, при этом обеспечивается наибольшая дальность наблюдения объектов, излучающих в диапазоне температур от -50 до +500 градусов. В данном диапазоне частот наименьшие помехи от атмосферных явлений — туман, дождь, снег, дым. 

Что видит тепловизор

Человеческий глаз видит очень маленькую часть электромагнитного спектра. Наши «детекторы» несовершенны, мы воспринимаем только видимый свет, инфракрасное излучение находится за пределами возможностей наших глаз. Видимый свет занимает диапазон длин волн электромагнитного излучении от 0,38 до 0,76 мкм, причем середина этого диапазона приходится на длину волны 0,55 мкм, которая соответствует максимуму солнечного излучения. Поскольку весь диапазон электромагнитного излучения простирается от ангстрем до сотен километров и фактически не ограничен ни «слева», ни «справа», человеческая цивилизация на протяжении своей технологической истории стремится освоить те диапазоны излучения, где глаз человека бессилен.

ИК-излучение находится в диапазоне между видимым светом и СВЧ- диапазоном электромагнитного спектра. Инфракрасное (ИК) излучение занимает диапазон длин волн от 0,76 до 1000 мкм. Основным источником инфракрасного излучения является тепло или тепловое излучение. Любой предмет с температурой выше абсолютного нуля (-273,15 °C или 0 градусов Кельвина) испускает излучение в ИК-области. Даже объекты, которые нам кажутся очень холодными, такие как кубики льда, испускают ИК-лучи. Иными словами, если бы глаз человека видел в ИК диапазоне, то мы могли бы оценивать температуру объектов, не прикасаясь к ним. 

Тепло солнечных лучей, костер или радиатор отопления - все это ИК-излучение. Хотя глаза его не видят, наша подкожная нервная система ощущает это излучение как тепло. Чем теплее объект, тем больше ИК-излучение он испускает. Инфракрасное излучение, исходящее от объекта, фокусируется объективом тепловизора на инфракрасном детекторе. Этот детектор передает сигнал в электронный блок для обработки изображения. Электронный блок преобразует сигналы, поступающие от датчика, в тепловизионное изображение, которое отображается в видоискателе, на стандартном мониторе или ЖК-дисплее. А за счёт преобразования инфракрасного изображения в радиометрическое, считываются температурные значения с тепловизионного изображения.

Что может тепловизор?

В процессе тепловизионной диагностики, а также при выполнении энергоаудита, с помощью тепловизора выявляют места с аномальным отклонением температур, то есть чаще всего используют прибор в качестве индикатора. Большинство тепловизоров могут не только получать тепловизионные изображения объектов, но и определять поверхностную температуру в отдельных точках.
 
Выявляя «перегретые» элементы, тепловизор позволяет обнаруживать неправильно функционирующие узлы механических агрегатов, которые подвержены повышенному трению, дефекты контактных соединений, коммутационной аппаратуры и токопроводящих линий силового электрооборудования. В строительной сфере тепловизионная съемка используется для энергоаудита, проверки качества строительно-монтажных работ (в том числе для контроля правильности монтажа оконных блоков, теплоизоляции и пр.), поиска протечек и скрытых дефектов, выявления мест, где может появляться плесень, диагностики электросетей и коммутационного оборудования, проверки работы систем отопления и пр.

Классификация измерительных тепловизоров по применению:

• для обследования электрооборудования и электрики;
• для поиска утечек тепла-холода;
• для поиска утечек газа/разливов нефти;
• для контроля и автоматизации технологических процессов;
• для научных исследований.

Основные характеристики и цена тепловизора

В наибольшей степени цена тепловизора зависит от разрешения ИК матрицы, температурного диапазона, дальности действия (большие германиевые объективы стоят дороже) и дополнительных измерительных функций. Самый недорогой тепловизор сегодня это Seek Thermal, который подойдёт для повседневных нужд в быту. Самые дорогие модели - профессиональные тепловизоры с большой матрицей для энергоаудита, технической и промышленной диагностики, они стоят прилично. Рассмотрим основные характеристики тепловизоров.

Разрешение инфракрасного детектора – основная характеристика, определяющая функциональность конкретной модели и «результативность» термографирования. Самыми доступными по цене являются модели с разрешением 60х60, тепловизоры верхнего ценового диапазона имеют разрешение свыше 640х480. Важно не путать разрешение ИК-детектора с характеристиками встроенной камеры видимого диапазона и разрешением дисплея прибора.

Разрешение тепловизора – это количество отдельных «точек измерения» по горизонтали и вертикали, отображаемых на термограмме. Внешне похожие модели с одинаковым размером экрана, но с разным разрешением ИК-матрицы, в процессе съемки будут показывать похожие «картинки», однако при детальном рассмотрении термограммы на компьютере (или после распечатки полноформатного снимка) разница будет заметна – чтобы получить качество 120х120 при помощи тепловизора с разрешением 60х60 необходимо сделать 4 снимка с близкого расстояния. 

В большинстве случаев базовые модели с низким разрешением используются для оперативной диагностики электромеханического оборудования, коммутационной и электросиловой аппаратуры, поиска протечек, определения источников теплопотерь в помещениях и т.п. С задачами энергоаудита зданий высотой до 5 этажей успешно справляются модели тепловизоров разрешением 120х120. Для тепловизионного обследования крупных объектов обычно используют модели с разрешением 320х240 (для зданий до 16 этажей) и 640х480.

Тепловизоры с высоким разрешением позволяют получать «за один раз» термограммы высокого качества, однако, даже имея модель более низкого класса (со «слабым» разрешением), можно получить такие же результаты, выполнив серию снимков и «сшив» их при помощи соответствующего программного обеспечения (некоторые приборы имеют специальную функцию панорамирования, которая упрощает эту задачу).

Дополнительная «оптика» (сменные объективы) позволяют расширить возможности тепловизора, выполняя тепловизионное обследование общего плана с использованием широкоугольного объектива, такая оптика удобна, если объект находится вплотную к оператору и следует просматривать как можно большую площадь (научные исследования, строительство и энергетика). Для детальных снимков удаленных объектов или отдельных элементов (например, верхних этажей зданий, опор ЛЭП, дымовых труб, ИК съемка с борта вертолета) – применяя телеобъектив.

В профессиональных тепловизорах ИК объектив является сложным узлом, включающим набор линз и зеркал из хрупких, дорогостоящих и требующих прецизионной обработки материалов типа кремния, германия и специальных ИК стекол. Основными параметрами объективов, которые важны для потребителя, являются фокусное расстояние и угол зрения.

Температурный диапазон, в котором тепловизор может выполнять измерения, (или диапазон контролируемых температур) определяет сферу применения прибора. Для термографирования зданий вполне подойдут тепловизоры с верхним температурным диапазоном до +100°C, для диагностики электроустановок и промышленных агрегатов требуются приборы, способные выполнять измерения до +350°C, а для проверки котлов, теплогенераторов и пр. необходимы более «высокотемпературные» модели (до +650°C). В литейной, стекольной, химической промышленности, в энергетике, где температуры могут достигать до +1200°C (или выше) используются модели тепловизоров с соответствующим температурным диапазоном.

Выбирая тепловизор, конечно же, следует «оставлять» определенный «температурный запас», однако чрезмерно завышать требования к температурному диапазону не стоит - это неразумное расходование средств.

Чувствительность – это величина минимального температурного перепада, которую способен определять тепловизор. От этой характеристики зависит «контрастность» получаемого изображения. Для энергоаудита вполне достаточно чувствительности в 0,1°C. Для обнаружения «перегретых» узлов электросилового или механического оборудования могут использоваться и менее чувствительные модели. Повышенная чувствительность требуется для выявления участков с повышенной влажностью, протечек, скрытых дефектов и т.п.

Точность измерений (погрешность). Почти все тепловизоры (с неохлаждаемой болометрической матрицей) обеспечивают точность измерений не ниже 2%, что вполне достаточно для решения большинства задач по диагностике и энергоаудиту. Более высокую точность обеспечивают модели с азотным охлаждением, которые чаще используются для научных исследований и при контроле технологических процессов.

Спектральный диапазон. Для выполнения большинства задач (например, по термографированию зданий) используют тепловизоры со спектральным диапазоном 7-14 микрон. Съемку зданий со сплошным остеклением обеспечивают модели со спектральным диапазоном 3-5 мкм (с охлаждаемой матрицей), которые позволяют определять поверхностную температуру стеклоподобных объектов и при этом не учитывают их отражающую способность.

Размер экрана тепловизора имеет значение при оперативном тепловизионном обследовании, когда нужно быстро и без ошибок выявить неисправность на месте. Для энергоаудита эта характеристика важна не в такой мере, ведь при составлении отчетов качество снимков определяется только разрешением ИК-датчика.

Дополнительные функции

Большинство тепловизоров (кроме бюджетных моделей) оснащаются встроенными видеокамерами с функцией сохранения изображения, благодаря чему имеется возможность наложения (полного или в режиме «картинка в картинке») изображений инфракрасного и видимого спектров. Модели верхнего ценового диапазона позволяют производить видеозапись.

Для более эффективной обработки результатов тепловизионной диагностики полезными оказываются функции аннотирования термограмм, а также их позиционирование (с использованием встроенного компаса или GPS). Для диагностики и выявления мест образования плесени оказываются востребованными функции температурной сигнализации и обнаружения участков с максимальными и минимальными температурными показателями.

Выбирая тепловизор, в обязательном порядке следует ознакомиться с возможностями программного обеспечения (если оно поставляется в комплекте с прибором), или же приобрести специальный софт отдельно.

Производители тепловизоров

Производителей тепловизоров с каждым годом становится всё больше, конкуренция растёт, появляются новые бренды, но не все они заслуживают внимания. Перечислим несколько брендов, которые вы смело можете покупать, не переживая за потраченные деньги. Инвестиции в надёжное и качественное оборудование окупятся.

Как выбрать тепловизор

Поскольку тепловизор – это универсальный прибор для измерения температуры и анализа тепловых полей, вы можете испытывать сильное искушение применить его для решения максимального числа измерительных и диагностических задач. Это первая мысль, от который вы должны избавиться при выборе камеры. При покупке тепловизора, первое, что следует чётко представлять – основные области его дальнейшего применения, второе – определиться с бюджетом. Третье – это матрица тепловизора, точнее её разрешение и частота смены кадров, измеряемая в Гц, чем больше разрешение матрицы и выше частота кадров, тем лучше картинка.

Тепловизоры для охраны периметра

В отличие от измерительных, охранные тепловизоры не измеряют температуру объектов, у них другие задачи. Применение тепловизора в качестве «дальнобойного» и высокочувствительного прибора ночного видения потребует от вас приобретения длиннофокусной оптики, но не требуется функций измерения температуры. Охранный тепловизор должен давать чёткие изображения нарушителя на больших расстояниях при максимальном рабочем диапазоне температур, чтобы исключить ложные срабатывания охранных систем. Обращайте внимание на разрешение матрицы тепловизора, чем она больше, тем чётче картинка, но и дороже сам тепловизор. Вот наиболее подходящие модели и параметры тепловизоров для охраны периметра:

• VOx – микроболометр на оксиде ванадия
• α-Si – микроболометров на аморфном кремнии

Модели:

• поворотная тепловизионная система РТР-100Ф с дальностью обнаружения человека до 3000 метров;
• мультисенсорная система PTP-225М с разрешением 640 х 480 для охраны особо важных объектов;
• гиростабилизированная оптико-электронная система видеонаблюдения PERGAM S140 на базе тепловизора с разрешением матрицы 640×512 пикселей;
• охранный российский тепловизор ТИТАН Ex для установки во взрывоопасных зонах.

Простые недорогие тепловизоры до 100000 рублей

К простым недорогим приборам для повседневных нужд (тепловизионное обследование квартиры, дачи, дома, проверка электрики, поиск неисправностей в проводке автомобиля, тёплых полов и т.д.) можно отнести модели:

• миниатюрный тепловизор для смартфона FLIR One Pro с матрицей 160х120 пикселей;
• влагомер со встроенным тепловизионным модулем FLIR MR160 с матрицей 80х60;
• Guide BritIR B0 - недорогой тепловизор для обследования электроники и электропроводки;
• бюджетный тепловизор testo 865 с матрицей 160 x 120 пикселей для технического обслуживания и монтажных работах в строительстве и промышленности.

Здесь с выбором всё просто. Смотрите на разрешение матрицы, чем больше, тем лучше. Камеры с разрешением 80х60 лучше вообще не брать для повседневных нужд, картинка совсем маленькая и неразборчивая, вы ничего не разберёте на ней. Но если вам нужен прибор, который заменит надоевший точечный пирометр, то вполне сгодится и малыш с такой матрицей. Ещё при выборе обращайте внимание на такую функцию как картинка в картинке или наложение видимого изображения на термограмму. У каждого производителя она называется по-своему, например, у Флир это MSX.

Тепловизоры для строительства и электрооборудования

Обследование тепловизором зданий и сооружений позволяет выявить утечки тепла в здании, в энергетике - найти причины неисправностей электрооборудования. Для ИК диагностики в строительстве и энергетике оптимальным выбором будут камеры с разрешением матрицы от 320 x 240 пикселей и функцией цифрового увеличения изображения, которая позволяет увидеть больше деталей и создавать термограммы с разрешением 640 x 480 и 1024 × 768 пикселей.

В условиях российского сурового климата важным параметром является диапазон рабочих температур окружающей среды, поскольку обследование строительных объектов чаще проводят в зимний период, когда разница температур в помещении и на улице максимальна. Очень часто температурные неоднородности слишком малы, величиной в несколько градусов, именно поэтому отопительный сезон - это идеальное время для обследования зданий. Чем больше перепад температур, тем проще обнаружить потери энергии. Перепад температур между внутренним и наружным воздухом при тепловизионном обследовании зданий должен быть не менее 10°C - 15°C. Чем выше перепад температур, тем точнее результаты обследования. Идеальные условия для тепловизионного обследования - это ясный безветренный вечер, температура в помещении +(20-25)⁰С, а внешняя температура – (0-10)⁰С или ниже. Если планируете обследовать дом или коммерческий объект в тёплое время года, когда перепад температур минимален, рекомендуем использовать аэродверь для создания дополнительного теплового напора. По данным министерства энергетики, устранение дефектов, обнаруженных при обследовании ограждающих конструкций зданий может сократить энергетические расходы минимум на 15%. Для энергоаудита зданий и предприятий подойдут модели:

• FLIR T1020 - профессиональный тепловизор для энергоаудита с ик-матрицей 1024 × 768 пикселей;
• FLIR T540 - тепловизор с дальномером, съёмным объективом и встроенным GPS, матрица с разрешением 464 x 348 пикселей;
• профессиональный измерительный тепловизор Guide C400 с GPS и Wi-Fi, матрица 400×300 пикселей;
• тепловизионная камера Guide C640 Pro с матрицей 640×480, диапазон измерения температур от -20 до +2000ºC, большой выбор сменных объективов с чувствительностью F1.0 и F1.1;
• тепловизор Fluke TiX1000 с матрицей 1024 × 768 пикселей, 32-кратным зумом, чувствительностью ≤ 0,05 °C;

Выбираем медицинский тепловизор

Термография давно используется в медицине, но массового распространения пока не получила. Не все клиники могут позволить себе купить тепловизор для обследования человека. В медицинских тепловизорах матрица с большим разрешением от 384×288 пикселей и высокой частотой кадров 30-60Гц для качественного тепловизионного изображения, цена тепловизора соответствующая. У всех медицинских тепловизоров собственный софт для анализа и обработки тепловизионных изображений и видео. В нашем арсенале есть один медицинский тепловизор - ПЕРГАМЕД-Диагностика. Это довольно точный прибор, точность измерения температуры поверхностей составляет 0,3 °C. Такая точность достигается за счёт использования абсолютно чёрного тела (АЧТ) в качестве калибратора.

Медицинский тепловизор ПЕРГАМЕД-Диагностика

Тепловизионное обследование тела человека служит для диагностики заболеваний на ранних стадиях (в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) широкого спектра заболеваний. Тепловизор регистрирует с поверхности тела человека его тепловое излучение, места, где температура тела повышена, окрашиваются в красно-жёлтые оттенки, повышенная температуры - признак воспаления. Тепловизионное обследование позволяет выявлять: воспалительные процессы и опухоли различных органов, поражения нервов и артерий конечностей, варикозное расширение вен; неврологические проявления остеохондроза позвоночника и др. С помощью тепловизора можно выявить функциональные нарушения вегетативной нервной системы. С тепловидением возможна визуализация эндотелиальной дисфункции.

Достоинства тепловизора как средства диагностики

• Абсолютно безопасно для пациента. Нет никаких вредных излучений, например, как при рентгене. Тепловизионное обследование можно назначать неограниченное число раз. Это очень важно для своевременной коррекции физиотерапевтического лечения.
• Точность и высокая чувствительность. На термограммах поверхности тела, которые анализирует ПО на компьютере, температура разных частей тела может отличаться на десятые и сотые доли градуса, такая разница температур очень важна для правильной постановке диагноза.
• Большой объём данных для анализа. С помощью медицинского тепловизора можно исследовать не только всё тело человека, но и прицельно изучать отдельные его участки, например, на предмет наличия опухолей, которые на ранней стадии визуально вообще не заметны.

Тепловизоры с каждым годом стремительно дешевеют, становятся доступны для широкого круга потребителей. Если раньше они стоили несколько десятков тысяч долларов и были доступны только для военных и крупных компаний, то сегодня самый дешевый тепловизор у нас можно купить за вполне вменяемые деньги. Если вам нужен измерительный или охранный тепловизор, пирометр со встроенным ИК-модулем, система видеонаблюдения на базе тепловизионных модулей с высоким разрешением, обращайтесь, поможем сделать правильный выбор.