Применение и использование тепловизора

Зачем нужен тепловизор военным?

В наше время применение тепловизор нашёл во многих сферах, важнейшей из которых, естественно, стало военное дело. Какое основное применение тепловизор находит в армии?

Одним из важнейших препятствий для военных операций всегда была ночь. Не лучше обстоят дела в условиях плохой видимости: в тумане, дыму, при снегопаде и других подобных явлениях, когда привычным образом наблюдение невозможно. Ранее для обнаружения противника в темноте в армии использовали так называемые приборы ночного видения, с которыми часто путают тепловизор. Однако, принцип работы тепловизора даёт ему значительные преимущства. Дело в том, что ПНВ улавливает видимый свет и усиливает сигнал и, таким образом, позволяет видеть при плохом освещении. Но, в отличие от тепловизора, такой прибор абсолютно бесполезен при плохой видимости – он просто сделает туман ярче – да и в полной темноте, например, в помещении ПНВ не покажет абсолютно ничего.

Как работает тепловизор? Принцип работы тепловизора основан на регистрации теплового излучения. Прибор не требует никакой, даже минимальной подсветки для работы. А поскольку все объекты, так или иначе, излучают тепло, применение тепловизоров в военном деле трудно переоценить

Для нужд армии выпускаются тепловизоры в виде биноклей, монокуляров, прицелов для оружия, ими оснащают различное оборудование, системы наведения и многое другое, ведь формат прибора и применение тепловизора при решении специфических задач критически важно для такого тепловизора. Как правило, приборы, используемые военными, имеют самые современные матрицы с высоким разрешением, обеспечивающие наилучшее качество изображения и высокую частоту смены кадров

Другой важной особенностью таких тепловизоров является возможность работы на больших дистанциях, для чего они всегда оснащаются мощной оптикой.

И если раньше приборы этого класса были доступны только военным, сейчас всё большую популярность набирают так называемые тепловизоры для охоты, устройства, которые используют профессиональные охотники, а также сотрудники охранных служб, детективные агентства и пр. По своим характеристикам, возможностям и принципу работы тепловизор для гражданского использования немногим уступает аналогу из арсенала военных и помогает значительно сократить время поиска дичи, особенно если речь идёт о ночном выслеживании. Применение тепловизора для охоты не ограничивается собственно охотой – так, например, его возможности позволяют обнаружить движущийся автомобиль на дистанции больше километра. Как правило, гражданские тепловизоры этого класса выпускаются в форме монокуляров, биноклей и прицелов для охотничьего оружия.

Рейтинг медицинских тепловизоров

В медицинских целях используют бесконтактные тепловизоры с возможностью точного измерения температуры и небольшой погрешностью. Особенно полезными приборы оказываются при обследовании большого числа людей в сжатые сроки.

CEM DT-8860B

Один из лучших бюджетных тепловизоров оснащен лазерным наведением и определяет температуру за 0,15 с. Вероятность ошибки составляет всего 0,1%, прибор можно считать очень точным. Показания выводятся в градусах Цельсия и Фаренгейта.

CEM DT-8860B можно приобрести от 9000 рублей

ADA Instruments TemPro 300

Тепловизор со временем отклика 0,5 с и погрешностью 1,5% можно выбрать для измерения температуры у больных. Показания предоставляет в градусах Цельсия, фиксирует последние значения.

Стоимость ИК-прибора ADA начинается от 6000 рублей

Condtrol IR-CAM 1

Универсальный прибор с допустимой погрешностью 2% позволяет определить наличие жара и с высокой точность установить температуру. Поддерживает две системы исчислений — по Фаренгейту и по Цельсию.

Средняя цена тепловизора Condtrol составляет 24000 рублей

Устройство тепловизора

Тепловизор состоит из нескольких компонентов от качества исполнения которых зависит функциональные возможности прибора:

• Объектив
• Матрица
• Блок электронной обработки сигнала
• Дисплей
• Корпус

Объектив

Объектив является важной частью тепловизора. Через линзы объектива инфракрасное тепловое излучение попадает на матрицу тепловизора

Линзы объектива тепловизора покрыты германиевым напылением, которое хорошо пропускает через себя ИК излучение. Оптика тепловизора имеет черный цвет и характерный блеск.

Важным параметром объектива тепловизора является его диаметр, от которого зависит угол обзора прибора. Чем больше диаметр объектива, тем больше угол обзора тепловизора, а чем больше угол обзора, тем удобнее им пользоваться на охоте.

Современные компактные тепловизоры имеют диаметр объектива от 20 мм, более дорогие и качественные приборы имеют диаметр объектива 50 мм и более.

Матрица тепловизора

Объектив тепловизора фокусирует тепловизоре излучение на болометрической матрице. Болометрическая матрица самая важная часть тепловизора и самая дорогая. Матрица состоит из терморезисторов, напыленных на кристаллическую решетку. Под воздействием ИК излучения терморезисторы матрицы меняют сопротивление, в результате на выходе матрицы образуется электрически сигнал, который передается на блок электронной обработки.

Болометрические матрицы, пригодные для использования в тепловизорах в России не производятся, только три страны в промышленном масштабе могут их производить: США, Франция и Китай. Более того, так как матрицы для тепловизоров являются продукцией двойного назначения, которая может применяться как в гражданских, так и военных целях, в этих странах существуют жесткие ограничения на экспорт таких матриц в другие страны.

Важнейшей характеристикой матрицы является ее разрешение. Чем больше разрешение матрицы, тем лучше. Матрица с высоким разрешением дает более высокое качество картинки и лучшую детализацию, а также позволяет различить животное на более далеком расстоянии.

В тепловизорах начального уровня разрешение матрицы обычно составляет 160х120 точек, что позволяет различит животное на расстоянии до 200 метров. Матрицы с разрешением 240х180 точек, позволяют различить животное на расстоянии до 800 метров. Более качественные тепловизоры имеют матрицу с разрешением 384х288 точек, с их помощью можно различить цель на дистанции до 1500 метров.

Блок электронной обработки сигнала

Блок получает электрический сигнал с болометрической матрицы, обрабатывает его и передает на дисплей для отображения. От характеристик блока зависит частота обновления картинки, чем выше частота обновления картинки, тем лучше.

Дисплей и окуляр из оптического стекла

Изображение от электронного блока обработки сигнала поступает на дисплей для отображения. Дисплей представляет собой жидкокристаллическую или светодиодную матрицу небольшого размера. В некоторых тепловизорах для удобства наблюдения имеется окуляр с резиновым наглазником.

В тепловизорах используются дисплеи двух типов: OLED-дисплеи и LCD–дисплеи. LCD-дисплеи имеют серьезный недостаток, они замерзают при температуре ниже -10С. OLED-дисплеи лишены этого недостатка, они дают картинку хорошего качества с высоким показателем яркости, что позволяет использовать их в любое время суток и при любой температуре окружающего воздуха.

Дисплеи тепловизоров различаются своим разрешением, чем разрешение больше, тем лучше.

Корпус

Корпус защищает внутренние компоненты тепловизора от внешних воздействий. Тепловизоры для охоты эксплуатируются в условиях далеких от идеальных, поэтому большинство из них изготавливается с защитой от ударов, пыли и влаги.

Надежная защита корпуса тепловизора защищает его во время охоты. Тепловизор для охоты должен обладать степенью защиты не ниже IP54, в противном случает такой прибор не заслуживает серьезного внимания.

Что нужно знать о тепловизорах?

Следует отметить, что хороший прибор, который соответствует даже самым минимальным требованиям, не может быть дешевым.

При этом все же можно сэкономить и купить для своих нужд недорогой китайский тепловизор, стоимость которого часто не превышает 10 – 13 тыс. рублей.

Но надо понимать, что их качество исполнения и картинки могут быть весьма сомнительны.

Причина в том, что ИК – датчик дешевой тепловизионной аппаратуры нередко имеет настолько низкое разрешение, что на выходе может получиться размытая разноцветная картинка.

Все остальные характеристики, как правило, также не соответствуют действующим стандартам.

Поэтому в таких случаях остается опираться лишь на отзывы тех, кто уже приобрел аналогичный прибор.

Типы матриц, роль охлаждения

Тепловизионные камеры отличаются не только по техническим характеристикам, но и по другим параметрам:

• форме исполнения;
• конструктивным особенностям.

Наличие охлаждения влияет на сферу применения и стоимость устройства. Вот основные моменты:

1. Неохлаждаемые матрицы имеют компактные габариты, внешне схожи со стандартной камерой уличного наблюдения. Их укомплектовывают защитным кожухом, а ценовая категория вполне доступна. Минус – сниженная чувствительность, по сравнению с охлаждаемым вариантом.
2. Наличие охлаждения для матрицы позволяет расширить ее функционал, однако повышает стоимость техники. Корпус такой камеры герметично запаян, внутри создается вакуум и размещают криогенную установку. Высокая чувствительность позволяет регистрировать даже единичные фотоны. Радиус обнаружения человеческого присутствия достигает 2-5 км. Такие приборы применяют для организации видеонаблюдения за важными стратегическими объектами, имеющими большую площадь (акватория морского порта и др.).

К минусам охлаждаемых тепловизоров относят потребность в регулярном техническом обслуживании и ограниченность срока службы.

Это важно: для большинства современных систем видеонаблюдения и охраны объектов достаточно приобрести камеру с неохлаждаемой матрицей. Она успешно справится с поставленными задачами

Назначение тепловизора и принцип действия

Сферы применения тепловизоров очень обширны:

• Медицина.

Прибор используется для диагностики различных заболеваний, в том числе при поиске злокачественных опухолей, в нейрохирургии.

• Ветеринарный контроль.

• Машиностроение и металлургия – применяется для контроля протекания сложных термических процессов.

• ЖКХ – контроль состояния жилых помещений, при поиске повреждений водопровода, для оценки степени изношенности зданий.

• Строительство – для поиска утечек тепла в зданиях, оценки степени прогрева элементов систем отопления.

• МЧС – для поиска пострадавших.

Спасательные службы часто прибегают к помощи тепловизора, когда требуется найти людей или животных в местах крушения зданий и при возникновении подобных ситуаций.

Также прибор помогает пожарным при поиске очага возгорания, местонахождения открытого огня.

• Военное дело.

Используются для идентификации противника в условиях недостаточной видимости.

Усовершенствованные варианты тепловизоров встраиваются в системы наведения.

Принцип работы тепловизора основан на приеме инфракрасного спектра излучения, исходящего от любого нагретого объекта.

Излучение улавливается оптической системой прибора, после чего фокусируется на приемнике, конвертирующем визуальный аналоговый сигнал в электрический.

Как правило, он выражается в виде изменения напряжения или сопротивления в цепи приемника.

Далее сигнал преобразуется электроникой в изображение, которое выводится на дисплей в виде спектрозональной картинки.

Иными словами, человеческий глаз получает возможность увидеть инфракрасное излучение, которое он не способен воспринимать при нормальных условиях.

Сама же спектрозональная картинка – цветное изображение объекта, которое позволяет оценить распределение температуры по его частям.

В этом случае темные цвета, например, синий, свидетельствуют о низкой температуре, а яркие, вроде красного или желтого, соответствует высокой.

Мобильный тепловизор для смартфона − насколько реальны показания

В современном мире трудно представить человека без какого-либо электронного гаджета, средства связи или иного прибора индивидуального пользования. Наиболее всего распространены среди пользователей смартфоны различных производителей, но мало кто знает, что это электронное устройство может быть использовано в качестве тепловизора. Для такого использования достаточно лишь установить необходимое приложение и купить специальную накладку – устройство, устанавливаемое на смартфон.

Существуют различные модели подобных устройств, которые подходят только для определённых операционных систем (Аndroid или IOS) или универсального типа использования. Для работы в тандеме смартфон и тепловизор после установки приложения необходимо воспользоваться разъёмом для соединения смартфона и накладки. Тепловизор (накладка) соединяется со смартфоном при помощи microUSB (для Андроид) и разъёма «lightning» (для IOS). Наиболее востребованными моделями подобных приспособлений для смартфонов являются «Flir One» (США−Швеция−Китай) и «Seek Thermal» (США), позволяющие превратить электронный гаджет в простейший тепловизор.

Накладка «Flir One» преобразует смартфон в тепловизор

Основные технические характеристики «Flir One»:

• разрешение − 80×60 пикселей;
• диапазон температур: от -25 до +120˚С;
• режим использования: от 0 до +45˚С;
• дальность – 60 метров;
• погрешность – 2%;
• вес – 34 г;
• стоимость – 17000 рублей.

Серии моделей «Flir One» и «Seek Thermal» различаются по техническим характеристикам, назначению и стоимости. Так, модель «Flir One GEN 3 PRO», оснащённая лучшей матрицей, способна выполнять измерения на расстоянии до 120 метров и стоит от 25000 рублей. Серия насадок «Seek Thermal» также включает несколько модификаций, различающихся по техническим характеристикам и цене:

Модель	Характеристика	Средняя цена (по состоянию на апрель 2018г.), руб.
«Seek Thermal Compact PRO»	Совместима только с Android. Термальный датчик с высокой чувствительностью, Широкий угол обзора Регулируемое фокусное расстояние, обнаружения тепловых источников на удалении до 54 метров. Тепловизор позволяет быстро и удобно диагностировать механическое и электрическое оборудование и записывать изображения и видеоролики проведенной диагностики на ваш смартфон.	49000
«Seek Thermal Compact XR»	Тепловизор для мобильного телефона iOS (iPhone/iPad/iPod). Дальность действия 500 метров. Отлично подойдет для использования в быту, а также для охотников.	19900
«Seek Thermal Compact»	Представляет собой дополнительное приспособление для преобразования устройств iOS в тепловизионную камеру. Отображение изображения в заданной палитре; Распознавание горячей/холодной точек; Измерение температуры в центральной точке; Фиксация цветом тех объектов, у которых температура выше или ниже заданной; Максимальная дальность видимости составляет 250 метров.	22000

Размещение накладки «Flir One» на корпусе смартфона при выполнении тепловизионного обследования

Модели мобильных устройств и накладок не позволяют выполнить качественное обследование зданий и сооружений, тем не менее, характер и места утечек тепла, а также распределение температур на инженерных коммуникациях – вполне способны определить и указать.

Принцип действия

Работа приборов этого типа основана на возникновении инфракрасного излучения и определении показателя абсолютного значения излучаемой в инфракрасном спектре энергии длины волны.

Инструмент направляется на удалённый объект, расстояние до которого лимитируется только диаметром замеряемого пятна и составом («чистотой») окружающей объект воздушной среды. Измерение характеристик излучения объекта (его интенсивность и спектральный состав) пирометрическим прибором косвенным образом определяет и температуру его поверхности.

Принцип работы пирометра определяет основной функционал инструмента:

• измерение температуры удалённых (недоступных или труднодоступных) объектов, а также температуры их движущихся элементов;
• анализ температурного режима находящихся под напряжением объектов при невозможности контактных способов измерения;
• экспресс-фиксация быстрых температурных изменений поверхности объектного тела;
• исследование объектов, обладающих низкой теплоёмкостью или теплопроводностью.

Использование пирометра на промышленных объектах и в быту не представляет никаких сложностей: инструмент наводится на обследуемый объект, измерение и фиксация на дисплее температурных данных выполняется в считанные секунды при нажатии и удержании «курка».

Как выбрать тепловизор: основные характеристики

Несмотря на всю простоту эксплуатации и устройства прибора, он обладает большим списком характеристик, правильный выбор которых позволит остановиться на наиболее подходящем в данном случае аппарате.

Разрешение

Как и в матрицах объективов видео или фотокамер, тепловизоры тоже имеют свое разрешение. Причем здесь две разновидности этой характеристики. Существует разрешение дисплея и разрешение самого детектора.

Разрешение экрана может сильно отличаться от разрешения теплового детектора

Это абсолютно разные величины. Кстати, будьте внимательны, так как иногда производители выставляют высокое разрешение экрана вперед, затеняя тем самым низкое разрешение детектора.

Но в любом случае оба разрешения отражают детальность отображения тепловой карты. То есть чем выше разрешение детектора, тем более точно картинка будет соответствовать температуре реального объекта. То же самое касается и разрешения экрана. Оно отображает детальность уже полученной тепловой картинки.

Диапазон измеряемых температур и термочувствительность

Светлые зоны на стыке кровли и стены говорят о неправильном утеплении и утечке тепла

Термочувствительность характеризует минимальные границы определения двух соседних температур. Говоря проще, это точность определения температуры. Например, у исследуемого объекта есть зоны тепла и холода. При термочувствительности прибора в 0,05ºС он сможет отобразить разницу между зонами не меньше 0,05ºС, чего, в принципе более чем достаточно для бытовых нужд. Но в общем, чем меньше эта цифра, тем лучше.

Температурный диапазон — это максимальное и минимальное значение тепловизора, которое он способен отобразить. Чем шире диапазон — тем лучше.

Режим отображения и сохранения данных

Режимы отображения могут варьироваться в зависимости от программной платформы и аппаратного обеспечения. Основной режим практически всегда — полноэкранное инфракрасное изображение. То есть теплые зоны выделены более светлыми цветами, а холодные наоборот темными. Экран может иметь и дополнительные особенности, расширяющие возможности. Например, иногда удобной функцией бывает наложение реальной фотографии на тепловую картинку. Это позволяет более точно и подробно разглядеть точки изменения тепла.

Термограмма — это своеобразный отчет от тепловизора, на котором можно температуру определенных зон в зависимости от его цвета

Данные, полученные с тепловизора можно сохранять и анализировать или обрабатывать. Для этого возможен экспорт данных в картинку наиболее популярных графических форматов — JPEG, TIFF или PNG. Такая возможность присутствует не на всех моделях тепловизоров. Реже встречаются такие, которые помимо простой тепловой картинки умеют наносить прямо на изображение таблицу точных температур

Если нужна полная аналитика всех тепловых процессов исследуемого объекта, то стоит обратить внимание именно на такие модели

Дополнительные объективы и функционал

Тепловизор — это прибор, который, как правило, покупается не для разовых нужд, а для постоянного использования. Это в большей степени связано с тем, что аппарат довольно дорогой, обладает узким спектром решаемых задач. Поэтому профессиональный прибор лучше дополнить сменными объективами, упрощающими работу и расширяя функционал. Например, телескопический объектив может помочь произвести съёмку с дальних расстояний. А широкоугольный, наоборот, дает возможность захватить большую часть картинки в условиях небольших пространств.

Объективы, в основном используются для профессиональных моделей тепловизоров

Все остальные характеристики можно отнести к дополнительным. Например, наличие GPS, Wi-Fi, Bluetooth, лазерный указатель, компас — все это не влияет на качество и производительность тепловизора, однако, повышает удобство обращения с прибором.

Отчет термографии регистрируется в энергетическом паспорте

Тепловизор можно использовать как полезный инструмент для точного определения утечек при недостаточном наклоне крыши. Такой осмотр лучше всего проводить вечером после солнечного дня. Крыша должна быть сухой. Когда солнце светит на низкий наклон крыши, оно нагревает кровлю и верхнюю часть слоя изоляции ниже. Как только солнце садится, изоляция начинает остывать, однако, влажные участки охлаждаются гораздо более медленными темпами, чем сухие. Вот почему дырявые участки крыши отображаться как теплые пятна, если смотреть в ночное время. После выполнения всех работ следует составить энергетический паспорт, в котором должно быть отмечено:

• отклонение от норм теплоизоляции;
• все конструктивные особенности и дефекты (с подробным описанием причины и мест локализации);
• расчетная температура наружного и внутреннего пространства, при котором проводилось тепловизионное обследование;
• энергозатраты всей жилой площади за один отопительный сезон;
• рекомендации по устранению дефектов потери тепла, на основе полученных теплограмм;
• дата проведения термографического анализа.

Все как в медицинской карте пациента диагностической амбулатории.

Сферы применения

Применение тепловизоров в военном деле

Область применения связана со способностью преобразовывать тепловое излучение в спектр, который воспринимает человеческий глаз, обнаруживать самые незначительные объекты, излучающие электромагнитные волны. Если определить интенсивность излучения, то можно рассчитать температуру исследуемого объекта и предположить, что это. При помощи аппарата определяется разница температур, при отсутствии контакта с объектами, они не реагируют на помехи, не могут быть обнаружены системами слежения, имеют большую дальность действия: от 100 м до 3 км. Эти принципы работы позволяют применять их в самых различных областях.

В военной технике

Новая современная техника поступает сегодня на вооружение, имея в своем арсенале встроенные тепловизорные камеры. Их использование позволяет вести боевые действия в условиях плохой видимости, обнаруживать противника и технику. Помимо этого, устройства устанавливаются на беспилотных самолетах и на технике, управляемой дистанционно.

Возможность «видеть» объекты в ночное время – основной показатель, имеющий значение приборов в военной сфере. Принцип успешной работы аппаратуры заключается в четком обнаружении теплового излучения. Для армии производятся специальные аппараты в виде биноклей, прицелов для оружия, ими оснащаются системы наведения. Они оснащены мощными оптическими механизмами, что увеличивает возможности военных тепловизоров многократно.

В морских приборах

Морской или речной порт является сложным транспортным узлом, и его безопасность может обеспечить только самая совершенная охранная аппаратура. Морские тепловизоры предназначены для обеспечения безопасности водных и прибрежных объектов: портов, причалов, складов, речных вокзалов.

Охота

Тепловизор для охоты – хорошее подспорье для тех, кто увлечен выслеживанием добычи

Использование прибора позволяет отслеживать самого осторожного зверя в любое время суток независимо от погоды и видимости

Обследование зданий

С помощью тепловизорных датчиков есть возможность обследовать любое сооружение, чтобы определить место утечки тепла. Результаты исследования станут весомым аргументом для того чтобы доказать плохое качество теплоизоляции стен. Для коммунальщиков применение тепловизора для обследования зданий – хорошее средство правильно определить проблемные зоны и направить силы на утепление конкретных мест.

Применение тепловизора в медицине

Медицина

Использование тепловизора в медицине производилось еще во времена СССР. Приборы позволяют распознать характер заболевания, а также увидеть инфицированного человека среди здоровых по температуре тела, характерной для той или иной болезни.

Обследование с помощью специальной аппаратуры, реагирующей на электромагнитные волны, помогает обнаружить воспалительный процесс с точностью до микрона и найти область патологии. Использование аппарата позволит определить, болен пациент или здоров, увидеть источник заболевания, поставить диагноз.

Чрезвычайные ситуации и АСР

Пожарные, вооруженные прибором, могут увидеть наиболее безопасный путь выхода из огня, минуя самые горячие участки. Спасатели, вооруженные аппаратом, в самых трудных ситуациях имеют возможность найти человека в зоне плохой видимости.

Помимо перечисленных сфер, где применение измерительной тепловой техники – необходимое условие успешной деятельности, данные приборы используются и в других областях промышленности и в повседневной жизни людей. Поэтому сегодня производится много их разновидностей, и выбор тепловизора зависит только от цели его использования.

Технические характеристики устройства свидетельствуют о том, можно ли использовать его как универсальный или его специализация более узкая. Границы температур, на которые ориентирован прибор – главный критерий при выборе. Чтобы не допустить ошибку при покупке, необходимо учитывать, что температурный диапазон устройства должен быть больше температуры исследуемого объекта как минимум на 25%.