Использование электромагнитного излучения в НК. Тепловизоры

·         Система наведения/указания. Данная система упрощает выбор  и контроль области съёмки объекта. Практически во всех марках тепловизоров для этих целей применяется полупроводниковый AIGalnP диодный лазер, 1мВт / 635 нм, красное свечение, Класс 2. (система малой мощности) не создает непосредственной опасности при случайном прямом взгляде на луч.

2.2. Функциональное оснащение

Крайне важным критерием для выбора тепловизора является функциональное оснащение прибора. Функциональное оснащение, а также комплектация прибора позволяют настолько расширить область применения, что тепловизор сможет перейти в новые нетрадиционные области проведения измерений. Например, автоматическое отображение самой горячей точки позволяет во время эпидемии гриппа выявлять больных при входе на предприятие, и тем самым не допустить массового заболевания сотрудников. Применение приближающего телеобъектива (zoom) позволяет выполнять энергоаудит зданий на расстоянии или дистанционно оценить состояние элементов ЛЭП, когда она проложена в труднодоступной местности.

Ряд тепловизоров оснащен такими удобными функциями, как:

• измерение влажности на поверхности (поиск влажных мест и мест, где может конденсироваться влага);

• наложение ИК изображения на видимое изображение (TwinPix у тепловизоров фирмы testo);

• функция изотермы (отображение одним цветом заданного температурного диапазона, например 40...50°С) и другими.

Ряд дорогих моделей тепловизоров имеет такие функции, как запись видео в ИК изображении или высокая частота обновления кадров (свыше 40 Гц). На практике это применяется крайне редко в силу дополнительных технических проблем возникающих при редактировании и обработке потокового ИК видео.

Указанные выше две функции используются лишь в рекламно-демонстрационных целях возможностей тепловизора и не имеют распространенных практических применений.

Ряд фирм использует в своих тепловизорах технологию IR-Fusion, позволяющую выполнить одновременную съемку объекта в инфракрасном и видимом диапазонах с совпадением изображений с точностью до одного пикселя, а также оптимизировать полученные изображения в нескольких режимах просмотра, как прямо на камере, так и с помощью компьютерной программы. Возможность отображения на изображениях точки лазерного устройства наводки облегчает точную идентификацию неисправных компонентов в исследуемых объектах.

Очень часто дорогие модели тепловизоров комплектуются объективами с возможностью приближения объекта 2...6х. Такой объектив не только увеличивает массу тепловизора, но и весьма существенно повышает его цену.

III. ПРИМЕНЕНИЕ

3.1. Влияние среды на тепловизионную съемку

Для получения объективных количественных данных, необходимо  проводить измерения в соответствии с определенными методическими рекомендациями, которые учитывают как особенности объекта, так и особенности окружающей среды, в которой производится съемка. В частности, необходимо учитывать, что  пары воды (Н20); углекислый газ (С02); озон (О3)  в атмосфере заметно поглощают (ослабляют) оптическое излучение, причем количественные зависимости ослабления принимаемого сигнала для каждого тепловизора индивидуальны. Кроме того, хотя атмосферный воздух  достаточно сильно поглощает инфракрасное излучение, в нем  существуют так называемые окна прозрачности, т. е. области, внутри которых поглощение очень слабое. Эти окна расположены в  следующих интервалах длин волн:

·         0,4—1,0 мкм,

·         1,2—1,3 мкм,

·         1,5—1,8 мкм,

·         2,1—2,5 мкм,

·         3—5 мкм,

·         8—13 мкм.

3.2. Области применения теплового контроля

Тепловидение нашло применение во многих сферах человеческой деятельности. Например, тепловизоры  применяются в целях военной разведки и охраны объектов. В ручной тепловизионный  ночной  визир человека можно увидеть в полной  темноте  на  расстоянии  300  м.  Объекты  обычной  военной техники видны  на расстоянии  2-3 км. На сегодняшний день созданы видеокамеры данного микроволнового диапазона с выводом изображения на экран компьютера, чувствительностью (разрешаемой способностью разницы температур отдельных участков поверхности) в несколько сотых градуса.  Это значит, что если вы при входе всвою  парадную взялись за ручку двери, чтобы открыть ее, то ваш тепловой отпечаток будет виден на этой ручке  целых полчаса.  Даже дома при выключенном свете вы будете светить как маяк даже через занавеску.  В метро можно спокойно отличить людей, которые только  что  вошли. А наличие насморка у человека и   занимался ли он чем-нибудь интересным до этого  можно наблюдать на расстоянии в несколько сотен  метров.  О распознавании  недавно выключенной  машины или  о  том,  кто и когда сидел на данном кресле  даже  нечего  и  говорить.

Перспективно использование тепловизоров для нахождения дефектов в различных установках.  Естественно, когда в какой-нибудь установке или узле  наблюдается  повышение или  понижение тепловыделения  при каком-нибудь процессе в местах, где этого не должно быть, или  тепловыделение (теплопоглощение) в подобных узлах сильно различается, то  неполадку  можно  своевременно  исправить.  Иногда некоторые дефекты  можно заметить только с помощью тепловизора. Например, на мостах  и тяжелых опорных конструкциях при старении металла или нерасчетных деформациях начинает выделяться  больше энергии, чем должно. Появляется возможность диагностировать состояние объекта, не нарушая его целостности, хотя могут возникнуть  трудности, связанные с  не очень высокой точностью, вызванной   промежуточными конструкциями.

Таким образом, тепловизор  можно использовать как оперативный и, пожалуй, единственный контроллер состояния безопасности многих объектов и предотвращать катастрофы. Проверка  функционирования  дымоходов, вентиляции, процессов тепло-  и  массообмена, атмосферных  явлений   становиться  на  порядки  удобнее, проще, информативнее.

Широкое применение тепловидение нашло в медицине.

В современной медицине тепловизионное обследование представляет мощный диагностический метод, позволяющий выявлять такие патологии, которые плохо поддаются контролю другими способами. Тепловизионное обследование служит для диагностики на ранних стадиях (до рентгенологических проявлений, а в некоторых случаях задолго до появления жалоб больного) следующих заболеваний: воспаление и опухоли молочных желез, органов гинекологической сферы, кожи, лимфоузлов, ЛОР-заболевания, поражения нервов и сосудов конечностей, варикозное расширение вен; воспалительные заболевания желудочно-кишечного тракта, печени, почек; остеохондроз и опухоли позвоночника. Как абсолютно безвредный прибор тепловизор эффективно применяется в акушерстве и педиатрии.

У здорового человека  распределение  температур  симметрично относительно средней линии тела. Нарушение этой симметрии  и  служит основным критерием тепловизионной диагностики заболеваний. По участкам тела с аномально высокой или низкой температурой можно распознать симптомы более 150 болезней на самых ранних стадиях их возникновения.

Тепловизионный мониторинг и диагностика конструкций и объектов применимы практически во всех областях ЖКХ: в электроснабжении, теплоснабжении, водоотведении и водоснабжении, городском и лифтовом хозяйстве, малоэтажном и типовом строительстве, а также в строительстве и реконструкции дорог.

Во время войны во Вьетнаме армия США использовала аналоговые (в то время) тепловизоры для обнаружения вьетнамских партизан в густых джунглях. Очень эффективно применение тепловизора и для обнаружения утечек тепла из здания или, наоборот, утечек холода их холодильной системы. Обнаружение точного места утечки позволяет легко ее предотвратить и заметно повысить энергоэффективность здания или иного сооружения.

На электроподстанции установлено множество разнородных элементов: силовые и измерительные трансформаторы, выключатели, гирлянды изоляторов и, главное, множество электрических соединений. Непрерывно контролировать состояние каждого из них традиционными электроизмерительными приборами очень дорого и трудоемко. Здесь приходит на помощь тепловизор: если температура какого-либо выключателя или трансформатора превышает заданную, то он явно работает не в номинальном режиме и нуждается в тщательной проверке или ремонте.

Это же относится и ко всем электрическим соединениям. В этом случае превышение температуры свидетельствует о плохом контакте и о скором выходе соединителя из строя.

Эффективно использование тепловизора и для контроля состояния элементов в распределительном электрошкафу. В этом случае неисправный автомат или перегруженный провод, некачественное контактное соединение или место утечки тока обнаруживаются очень быстро.

Термография — метод  функциональной  диагностики, основанный на регистрации инфракрасного излучения человеческого тела, пропорционального его температуре. Распределение и  интенсивность теплового излучения в  норме  определяются  особенностью физиологических процессов, происходящих  в  организме, в  частности как в поверхностных, так и в глубоких органах. Различные  патологические состояния характеризуются  термоасимметрией  и  наличием температурного градиента между зоной повышенного или  пониженного излучения и симметричным участком тела, что отражается на  термографической картине. Этот факт имеет немаловажное диагностическое и прогностическое  значение, о  чем  свидетельствуют  многочисленные клинические исследования.

Выделяют два основных вида термографии:

1.Контактная холестерическая термография.

2.Телетермография.

Телетермография основана на преобразовании инфракрасного излучения тела человека в электрический  сигнал, который  визуализируется на экране тепловизора.

Контактная холестерическая термография опирается на оптические свойства холестерических жидких кристаллов, которые проявляются изменением окраски в радужные цвета при нанесении их  на  термоизлучающие поверхности. Наиболее  холодным  участкам   соответствует красный  цвет, наиболее  горячим — синий. Нанесенные  на  кожу композиции  жидких  кристаллов, обладая  термочувствительностью  в пределах 0.001 С, реагируют на тепловой  поток  путем  перестройки молекулярной структуры.

После рассмотрения  различных  методов  тепловидения  встает вопрос о способах интерпретации термографического изображения. Существуют визуальный и количественный способы оценки  тепловизионной картины.

Визуальная (качественная) оценка термографии позволяет определить расположение, размеры, форму и структуру очагов  повышенного излучения, а также ориентировочно оценивать величину  инфракрасной радиации. Однако при визуальной оценке невозможно  точное  измерение температуры. Кроме того, сам  подъем  кажущейся  температуры в термографе оказывается зависимым от скорости развертки и  величины поля. Затруднения для клинической оценки результатов  термографии заключаются в том, что подъем температуры на небольшом по площади участке оказывается малозаметным. В результате  небольшой  по размерам патологический очаг может не обнаруживаться.

Радиометрический подход весьма перспективен. Он  предполагает  использование самой современной техники и может найти применение  для  проведения массового профилактического  обследования, получения  количественной информации о патологических процессах в исследуемых участках, а также для оценки эффективности термографии.

Некоторые  применения  тепловизионных  устройств  в  промышленности:

Энергетика

•состояние  дымовых  труб  и  газоходов

•состояние  статоров  генераторов

•проверка  маслонаполненного  оборудования

•теплоизоляция  турбин, паро- и  трубопроводов

•обнаружение  мест  присосов  холодного  воздуха

•контроль  состояния  теплотрасс

Нефтегазовый  комплекс

•проверка  состояния  электрооборудования

•контроль  технологических  линий

•поиск  энергопотерь

•обнаружение  утечек  из  газопроводов

•предотвращение  пожаров

Энергосбережение

•диагностика  ограждающих  конструкций

•обнаружение  теплопотерь  во  внутренних  помещениях  и  снаружи  зданий  и  сооружений

•определение  теплоизоляционных  свойств  материалов

Химическая  промышленность

•проверка  герметичности  и  изоляции  емкостей   для  хранения  различных  жидкостей  и  газов

Машиностроение

•контроль  подшипников, зубчатых  передач, валов, муфт  и  т. д.

•обнаружение  несосности  оборудования

•контроль  температурных  режимов  сварки

•термоэластический  анализ  напряжений

Микроэлектроника

•контроль  качества  сборки  печатных  плат