1. Инфракрасная термография

Инфракрасная термография – научно-практическое направление, изучающее температурное поле излучающих поверхностей с помощью электронно-оптических устройств – тепловизоров.  В основе инфракрасной  термографии лежит тот факт, что каждое нагретое тело испускает электромагнитное излучение в инфракрасном диапазоне (ИК) длин волн, причем поток излучения тем больше, чем больше температура тела (Т). Таким образом, регистрируя поток излучения от выбранной излучающей поверхности, можно определить температурное поле этой поверхности с точностью, допускаемой техническими характеристиками используемого электронно-оптического устройства.

Нервные окончания кожи человека способны различать температуру ±0,009°C (0,005°F), но, в целом, несмотря на столь высокую температурную чувствительность, мы не можем различать теплые или холодные объекты в темноте и тем более, быть в качестве сколько-нибудь надежного инструмента  неразрушающего теплового контроля. Эту роль сегодня с успехом выполняют тепловизоры – оптико-электронные устройства, сверхчувствительные к тепловому (ИК) излучению.

История развития инфракрасной термографии

Инфракрасное излучение не воспринимается человеческим глазом и находится в более длинноволновой части спектра, чем волны красного света («инфракрасный» – означает «за красным»).  А в целом, термин «инфракрасная термография» можно определить как «тепловое изображение объекта в инфракрасных лучах».

  • 1840г. – получение первого инфракрасного изображения с помощью эвапорографа –проообраза тепловизора, в котором тепловое изображение формировалось за счет неравномерного испарения тонкой масляной пленки под воздействием теплового излучения от объекта.
  • 1916-1918гг. – появление первых тепловизоров с фоторезистивными приемниками сопротивления.
  • 1918-1960гг. – использование тепловизоров для промышленных целей, в частности, для диагностики систем передачи и распределения электроэнергии.
  • 1940-1950гг. – развитие тепловизионной технологии для военных целей; – обнаружение улучшения характеристик тепловизора при охлаждении фоторезистивного приемника излучения;
  • 1970-е гг. – появление первых переносных тепловизоров и их использование в качестве инструмента неразрушающего контроля и диагностики зданий. Несмотря на высокую прочность и надежность, первые мобильные тепловизоры все же не обеспечивали требуемого качества изображения, которые выдают сегодня современные тепловизоры, к примеру, тепловизоры RY-147.
  • Начало 1980-х годов
    • широкое применение тепловидения в медицине, различных отраслях промышленности, энергоаудите зданий. Реализована возможность получения полностью радиометрического изображения – изображения с рассчитанным значением температуры для каждой точки.
    •  замена охлаждения приемника излучения сжатым или сжиженным газом более надежными и производительными системами охлаждения.
    • разработка относительно недорогих тепловизионных систем на основе  пироэлектрических видиконных трубок (пировидиконов).  Несмотря на отсутствие радиометрического изображения, такие тепловизоры нашли широкое применение, благодаря мобильному исполнению, небольшому весу и отсутствию системы охлаждения.
  • Конец 1980-х годов – начало широкого развития тепловизоров с матричными приемниками излучения (FPA), пришедшими на смену традиционным сканирующим приемникам. Матрица представляет собой массив (как правило, прямоугольный) приемников ИК-излучения и устанавливается в фокальной плоскости объектива. Применение матрицы позволило существенно улучшить качество и пространственное разрешение изображения.

Современные FPA-тепловизоры компонуются матрицами размером от (160х120) до (640х480) пикселей, где пиксель – минимальный чувствительный элемент матрицы, способный улавливать ИК-излучение. Здесь первое число в обозначении матрицы соответствует количеству вертикальных колонок, второе – количеству горизонтальных строк, а общее количество пикселей равно произведению первого числа на второе. К примеру, матрица размером 640х480 пикселей содержит: 640х480=307200 ячеек-пикселей. Очевидно, что, чем больше пикселей имеет матрица, тем больше разрешение тепловизора.

Для решения специальных задач, требующих сверхвысокого качества изображения, применяются матрицы размером, превышающим 1000х1000 пикселей. К сожалению, такие матрицы очень дорогие и поставляются нашей компанией по специальному заказу.

  • Начало 2000-х годов – дальнейшее интенсивное развитие тепловизоров с матрицей в фокальной плоскости (FPA), характерное достижением чувствительности до 0,05°С (0,09°F) и менее и реализацией функции наложения изображений и других полезных опций.

Тепловизионная диагностика недорогие тепловизорыСовременные FPA-тепловизоры подразделяются на длинноволновые – чувствительные в диапазоне длин волн от 8 до 15 мкм и средневолновые – чувствительные в диапазоне длин волн от 2,5 до 6 мкм. Независимо от диапазона чувствительности, все FPA-тепловизоры характеризуются отличным качеством исполнения и высокой функциональностью. И все это на фоне уменьшения цены тепловизоров за последний период времени практически на порядок. Более того, практически все современные тепловизоры снабжаются программным обеспечением для обработки изображений. К примеру,  все тепловизоры серии MVR RY имеют программное обеспечение, которое существенно упрощает анализ термограмм и подготовку отчетов. Каждый пользователь тепловизора MVR RY имеет возможность легко и быстро создать отчет в формате PDF (или других форматах), сохранить его на цифровом устройстве любого типа, отправить отчет в электронном виде через Интернет.

1962г – разработка в Государственном оптическом институте (Санкт- Петербург) сажевых тепловизоров с охлаждением жидким азотом и тепловизионным изображением, формируемым на экране черно-белой электронно-лучевой трубки. Сохранение изображения осуществлялось  только с помощью фотографии или записи на магнитную ленту.

2018г –  разработка методов анализа термограмм для первых тепловизоров серии MVR RY с помощью программы MVR-Company.

Принцип работы тепловизора

Знание принципа работы тепловизора необходимо, так как это позволяет выявить и устранить возможные проблемы при его эксплуатации, а также очертить пределы возможностей прибора.

Инфракрасное излучение от обследуемого объекта попадает в объектив тепловизора и фокусируется на приемной матрице. Под воздействием данного излучения каждый пиксель матрицы выдает соответствующий электрический сигнал (токовый или по напряжению), который регистрируется и обрабатывается электроникой прибора. Совокупностью сигналов от всех пикселей формируется визуальное изображение (термограмма) на экране дисплея, где различным градациям цвета соответствуют различная температура поверхности исследуемого объекта. Таким образом, с помощью термограммы (теплограммы) можно однозначно и с высокой точностью определить температурное поле поверхности объекта.

Компоненты тепловизора

Каждый тепловизор серии MVR RY состоит из нескольких основных общих для всех приборов компонентов: объектива, дисплея, приемника излучения (матрицы), обрабатывающей электроники, органов управления, блока хранения данных и программного обеспечение для обработки результатов измерений и создания отчетов.

  • Объективы

Объектив тепловизора предназначен для приема ИК-излучения от объекта и его фокусировки на матрице приемника излучения. В качестве материала для большинства длинноволновых тепловизоров используется германий, а пропускание объективов увеличивается за счет просветления оптики с помощью тонкопленочных покрытий.

Приобретая тепловизор серии MVR RY, рекомендуется одновременно заказать опциональные узко- и широкоугольные объективы – в противном случае, докупая объективы позже, будет необходимо провести перекалибровку тепловизора в компании MVR-Company.

  • Дисплеи

Тепловизоры MVR инфракрасная термография диагностика электрооборудованияВсе тепловизоры серии MVR RY компонуются жидкокристаллическим дисплеем (ЖКД) достаточно большого размера и высокой яркости. Дисплеи тепловизоров MVR RY обеспечивают четко различимое тепловое изображение вне зависимости от внешней освещенности. Для удобства работы на дисплее тепловизора выводится полезная дополнительная информация об уровне заряда аккумулятора, шкале температуры (°F, °C, или ºK), дате и времени, цветовой шкале температур.

  • Приемник излучения и электроника тепловизора

Как уже упоминалось выше, ИК-излучение от объекта фокусируется на приемнике излучения, изготовленном из полупроводниковых материалов. В результате воздействия ИК-излучения на выходе приемника формируется аналоговый электрический сигнал, который обрабатывается электронными схемами тепловизора и преобразуется в тепловое изображение объекта на дисплее (ЖКД) тепловизора.

  • Органы управления тепловизора

Органы управления тепловизора предназначены для электронной настройки параметров работы тепловизора в зависимости от решаемых задач. С их помощью можно изменить диапазон температур, цветовую палитру, тепловой уровень, коэффициенты излучения и отраженной фоновой температуры.

  • Устройства хранения данных

Все цифровые файлы с термограммами и дополнительными данными сохраняются на различных типах карт памяти или устройствах хранения и передачи данных. Более того, устройства хранения данных тепловизоров MVR RY позволяют сохранять и голосовую и текстовую информацию, а также визуальное изображение объекта, полученное с помощью встроенной камеры.

  • Программное обеспечение тепловизоров

В большинстве моделей тепловизоров серии MVR RY используется программное обеспечение Expert, с помощью которого обеспечивается:

  • импорт цифровых и видимых изображений на персональный компьютер (ПК), где их можно проанализировать в различных цветовых палитрах, построить изотермы и гистограммы;
  • настройка всех радиометрических параметров, а также функция анализа;
  • вставка обработанных изображений в шаблоны отчетов и отправка последних на печать, либо сохранение в электронном виде, или отправка заказчику через Интернет;
  • построение тренда температуры во времени, что позволяет достаточно точно спрогнозировать остаточный ресурс исследуемого объекта.