Как сделать тепловизор своими руками

Fluke TiS75 (США)

Съёмка

Высокое разрешение детектора (320х240), ручная фокусировка и функция «Картинка в картинке» — рядовые параметры для средней ценовой категории. Но вместе с этим Fluke TiS75 может похвастаться системой аннотирования IR-PhotoNotes. С её помощью пользователь привязывает к инфракрасному изображению голосовые и текстовые комментарии, а также до 3 снимков в видимом диапазоне. Прибор понимает совокупность всех элементов как единый файл: специалисту не придется как раньше упорядочивать огромный массив изображений.

Ещё одна особенность — «интеллектуальные» литий-ионные аккумуляторы: в них встроен светодиодный индикатор (такой же, как на экране у обычного телефона), сообщающий об уровне заряда. Специалист сможет вовремя сохранить последние действия с изображениями и поставить запасную батарею.

Обработка результатов

Кроме голосовых и текстовых комментариев, прибор способен записывать видео: используйте эти возможности для анализа и составления отчётов без компьютера. А пометить или изменить инфракрасное изображение сразу после съемки помогает режим редактирования в приборе. Сюда можно добавлять как обычные снимки, так и снимки IR-PhotoNotes, изменять палитру изображения и использовать функцию IR Fusion.

Если на объекте вы используете несколько приборов Fluke, вам будет полезная функция Fluke Connect: она соединяет приборы через смартфон или планшет на iOS или Android. Здесь вы сможете просматривать изображения, сохранять их и передавать коллегам.

Основные принципы работы тепловизора

Любой предмет является источником электромагнитных волн, которые излучаются в широком частотном диапазоне, включая ИК-спектр, который также называют тепловым излучением. Интенсивность ИК-излучения непосредственно зависит от температуры предмета, при этом влияние степени освещенности является незначительным.

Тепловизионный прибор позволяет визуализировать предметы и показать характеристики, которые являются недоступными для человеческого зрения и других технических средств. Это предоставляет новые возможности для проведения высокоточных измерений, мониторинга производственных процессов и обеспечения безопасных условий.

Принцип действия современных моделей основан на том, что некоторые материалы могут распознавать и фиксировать ИК излучение. С помощью оптического устройства, в конструкцию которого входят линзы, тепловое излучение предмета проецируется на матрицу, чувствительную к ИК-лучам.

С помощью микросхем данные считываются и преобразуются в видеосигнал, на котором участки с разной температурой показываются разными оттенками. Холодные места отображаются синим цветом, горячие – оранжево-красным.

Современные модели оборудования оснащаются функцией записи изображения, а также позволяют анализировать результаты сканирования в реальном времени.

Технические характеристики тепловизора определяются его назначением. Для лабораторных исследований используют сложные модели с минимальным шагом температурных значений. Для обследования квартиры, оборудования применяют устройства, которые работают в широком частотном диапазоне. Основной принцип функционирования прибора – измерение и визуализация ИК-излучения, успешно применяется в самых разных сферах.

Как работают тепловизоры в аэропортах и на вокзалах

Если для медицинских приборов важны конкретные показатели температуры, то для тех, которые установлены в аэропортах и железнодорожных вокзалах, особую важность имеет выявление факта ее превышения. А после этого уже врачи будут разбираться с диагнозом и лечением

Учитывая, что люди в таких местах находятся в одежде, и только лицо остается открытым, именно с него, вернее со лба, производятся замеры. Наиболее точно температуре тела соответствует кожа в углу глаз, но многие люди носят очки, что мешает снятию инфракрасного излучения с этого участка кожи. Оптимальным расстоянием для получения лучшего результата является дистанция от 3 до 6 м.

Для стационарных приборов, устанавливаемым в местах с большим количеством людей, предусмотрено специальное программное обеспечение, которое использует алгоритм распознавания конкретных лиц. При этом игнорируются другие, неживые объекты. Такие устройства работают в автоматическом режиме. Заложенные параметры позволяют настроить звуковую сигнализацию, которая срабатывает при выявлении человека с повышенной температурой. Оператору нет необходимости все время смотреть в монитор.

Применяемые в аэропортах тепловизоры, несмотря на всю важность своей работы, являются самыми примитивными представителями этих устройств. Зачастую они даже не оборудованы цветными дисплеями

Хотя это и необязательно, градусы они все же показывают.

Применение тепловизорного оборудования

Серийное производство тепловизорного оборудования началось для нужд армии. С помощью приборов военные научились распознавать цели в ночное время суток. Впоследствии приборы стали активно использовать в гражданских целях. На сегодняшний день тепловизоры можно встретить в следующих отраслях:

• В энергетической сфере с помощью тепловизоров отслеживают степень нагрева контактов и кабелей, предотвращая их перегрев и выход из строя.
• Исследование качества теплоизолирующего слоя и устранение источников потери тепла.
• Поиск человека в критических ситуациях, когда отсутствуют визуальные способы контроля местонахождения.
• Медицинские обследования организма.

Различают стационарные и переносные тепловизоры. Изделия первого типа используются на производственных комплексах. Такое оборудование стоит недёшево и обеспечивает высокое качество измерений. Бытовые приборы имеют небольшие габариты и могут оперативно переноситься с места на место. Для обработки данных приборы подключаются к ПК стандартным образом.

Основным преимуществом оборудования подобного типа является его бесконтактный принципа работы. Измерение температуры выполняется без вмешательства в технологический или рабочий процесс. Очень часто покупают либо берут в аренду оборудование владельцы частной недвижимости. Более действенного способа выявить утечки тепла в здании не существует. Кроме того, при покупке дома либо квартиры не лишним будет выполнение обследования. В результате можно обезопасить себя от приобретения некачественной недвижимости.

Зачастую тепловизорное оборудование применяют компании, работающие со строительными организациями. Это помогает заказчикам принимать в эксплуатацию только качественное жилье. Любые недостатки отображаются на мониторе, и подрядчик будет вынужден их устранить.

Использование тепловизорного оборудования помогает найти дефекты при монтаже оконных и дверных конструкций. Трещины, полости, дефекты стен и кровли также попадают на экран тепловизора. При некачественной гидроизоляции, отопительной системы и электропроводки применение тепловизоров позволит выявить дефекты. Таким же образом можно обнаружить недочёты в системах водоснабжения и вентилирования. Любые дефекты и случаи использования некачественных материалов достаточно быстро определяются при помощи тепловизоров.

Технологии подобные тепловизионному обследованию

В сравнении с подобными технологиями (ультразвуковыми и рентгенологическими) теполовизионный метод абсолютно безопасный для здоровья людей и материалов конструкций. Огромным преимуществом среди аналогов является бесконтактность и большая дистанционность. Инфракрасная камера поможет диагностировать целый ряд проблем. Энергетические аудиторы и изоляционные подрядчики используют инфракрасные камеры для диагностики проблем жилых помещений и промышленных зданий. Не вскрывая стены, пол или потолки для осмотра, один обученный специалист может просто использовать тепловизор, чтобы найти:

• утечки воздуха;
• вторжение влаги;
• повышенные температурные расходы;
• тепловые мосты.

Не говоря уже о выявлении дефектов системы отопления как скрытой, так и наружной. Тепловизор узнают под разными названиями, в том числе: инфракрасная (ИК) камера, термографический сканер и тепловизионный прибор. Изображение, созданное путем такой ИК термокамерой, называется термограмма. Обученный пользователь устройства называется специалист по термографии.

Основные эксплуатационные и технические характеристики тепловизора

Тепловизионные видеокамеры имеют ряд уникальных параметров, которые могут вывести охранное видеонаблюдение на качественно новый уровень. Они могут обнаружить человека в густом тумане, за пеленой дождя, снега или спрятавшегося за листвой деревьев. Какие именно характеристики являются важными при выборе этих устройств?

Чувствительный элемент. Матрица тепловизора, также как и аналогичные элементы видеокамер, работающих в видимом спектре излучения, является основным чувствительным элементом устройства. До недавнего времени тепловизионные системы могли обнаружить ИК излучение только с близкого расстояния. Однако развитие микроэлектроники позволило воспринимать тепловое излучение объекта в инфракрасном диапазоне и по отражению фотонов. Фотонные матрицы, в свою очередь, можно разделить на две большие группы с разным принципом действия (фотоэффекта):

• Внешний — цифровой электронный преобразователь, вакуумный фотоэлемент и фотоэлектронный умножитель;
• Внутренний — фоторезистор, — диод, -транзистор.

Матрица воспринимает инфракрасное излучение по всей длине волны. Однако развитие современной электроники и чувствительных сенсоров дает возможность разделить инфракрасное излучение на коротковолновое 0,76-2,5 мкм, средневолновое — 2,5-50 мкм и длинноволновое 50-2000 мкм. Учитывая, что все предметы, в той или иной мере, излучают инфракрасный свет тепловизионная камера имеет специальный программный фильтр, который оценивает низкоуровневое ИК-излучение окружающих предметов и выделяет только те объекты, которые активно изучают своим собственным теплом. Различные алгоритмы позволяют идентифицировать живые объекты и на основании полученной информации визуализировать их.

Мультисенсорная тепловизионная система на основе охлаждающих тепловизионных камер HRC-S и HRC-U. В качестве чувствительного элемента используются полупроводники Indium Antimonide (InSb). Устройство способно определить нарушителя на расстоянии до 20 км

Способность к обнаружению объектов. Это характеристика выражается как среднеквадратичная мощность теплового излучения необходимого для получения качественного изображения. На способность обнаружения оказывают прямое влияние, материалы которые были использованы при изготовлении матрицы: фоторезисторы или фотодиоды. Фотодиоды лучше всего воспринимают среднеквадратичную мощность теплового излучения в диапазоне около 0,5 мкм, а фоторезисторы около 10 мкм. Последний показатель наиболее приближён по своим количественным характеристикам к тепловому излучению живых существ, поэтому наиболее качественные и чувствительные тепловые камеры имеют в своём составе фоторезисторы на основе CdS и HgCdTe. Это весьма дорогостоящие минералы, получаемые в результате сложных технологических процессов. Поэтому стоимость тепловых камер на основе фоторезисторов может быть на несколько порядков выше, чем цена тепловых камер на основе фотодиодов.

Способность к визуализации получаемого инфракрасного спектра зависит от матрицы, состоящей из полупроводниковых материалов. На практике особой разницы между матрицами тепловизора из разных полупроводников не наблюдается.

Разрешающая способность

Данная характеристика по своей важности полностью совпадает с аналогичным параметром обычных камер видеонаблюдения. Она выражается в количестве чувствительных элементов на матрице — пикселей

Чем их больше, тем больше разрешающая способность устройства и тем дороже стоит тепловизионная видеокамера. На данный момент на рынке тепловизионных устройств превалирует продукция с разрешением до 1 мегапикселя. Приобретение устройств с более высокой разрешающей способностью экономически нецелесообразно.

Дуплексная система тепловизор плюс видеокамера, а также результат их совместного функционирования

Общая техническая характеристика устройств

Принцип работы тепловизора состоит в отражении ртутно-кадмиевым сенсором изображения путём поглощения теплового спектра. Объектив выполняют из германия, который пропускает нужную гамму. Поэтому цена тепловизора так высока, в отличие от стандартных средств визуального отображения. Тепловизоры преобразуют инфракрасное излучение объектов в видимое двухмерное, визуализируя холодные предметы в черно-белой гамме, горячие – в оттенках тёплых и горячих цветов (жёлтый, красный).

В зависимости от качественных характеристик детектора можно получать чёткое изображение предметов, нагретых до температуры 1000 С и более. Это возможно благодаря инновационным технологиям типа ICE, позволяющим быстро оценить информацию с места возгорания, невзирая на разницу в диапазоне температур. Для наиболее тяжёлых условий пожаротушения применяют технологию SIGMA, в результате чего получают идеально чёткое изображение.

Для тепловизоров нового поколения характерны такие технические характеристики, как работа в режиме экстремальных ситуаций, многократное цифровое увеличение картины (2- и 4-х-кратное), ускоренное её обновление, возможность захвата и сохранения изображения, последующей передачи его на ПК. Для лучшей ориентации в зоне поражения в тепловизоры монтируют лазерный указатель, показывающий опасные места и оптимальные направления движения для выполнения спасательно-оперативных действий.

С целью продления срока работы в тепловизоре предусматривают наличие зарядного устройства. Изображение передают через видеопередатчик, который можно встроить в ручку тепловизора. Для того, чтобы одновременно видеть изображение от нескольких тепловизоров, используют мобильную станцию, принимающую картину в режиме реального времени. Она отличается наличием высокочувствительного дисплея и минимальными затратами на питание (до 24 В).

Современные модели не требуют настраивания фокуса: в них работает автоматическая функция интеллектуальной фокусировки. Тепловое слежение автоматически устанавливает температуру объектов, показывая опасные предметы указателем типа синего крестика или выделенной области.

Срок работы тепловизора – минимум 3 года. Без подзарядки устройство может работать свыше 3 (до 5 – 6) часов. Все тепловизоры отличаются противоударными, влаго- и термостойкими характеристиками. Ввиду того, что тепловизоры работают на модульной основе, их можно обновлять, добавляя новые аксессуары, способные расширить технические возможности устройства.

Это интересно: Тепловизор: применение и использование в различных условиях

Рекомендации и ответы на частые вопросы

Компании-производители предлагают инструкции с правилами пользования своими изделиями. Каждый тепловизор имеет особенности, но есть и общие, характерные для всех приборов:

1. Нельзя направлять тепловизионный прибор на солнце, открытый огонь, работающую печь и другие источники высокой температуры. Интенсивное температурное воздействие выведет его из строя.
2. Из-за специфичности тепловой картинки перед выстрелом нужно точно идентифицировать объект.
3. Когда прибор не используется, объектив должен быть закрытым. Уход за объективом состоит в регулярном протирании его чистой, слегка влажной тканью.
4. Хранить тепловизор нужно в специальном футляре или чехле.
5. При транспортировке следует избегать слишком сильной тряски. Вибрация приводит к выходу прибора из строя.

Частые вопросы, возникающие у охотников по поводу тепловизоров:

1. Можно ли с помощью тепловизора видеть сквозь стены? Нет, за исключением случаев, когда стены тонкие, как бумага.
2. Тепловизор просвечивает через стекло? В связи с низкой теплопроводимостью стекла, тепловизор не получает через него тепловых сигналов.
3. Есть ли возможность скрыться от тепловизора? Военные пытались в целях маскировки использовать охлаждающие костюмы, но проблема так и не решена. Зверь на открытой местности беззащитен перед действием тепловизора.
4. Можно ли изготовить тепловизор своими руками? Прибор отличается сложным устройством. Теоретически выполнить сборку системы можно самостоятельно, но понадобятся глубокие знания в области электротехники и специальная оптика.

Тепловизор Testo 885

Тепловизоры testo 885-1 и 885-2 это продвинутые модели с размером матрицы 320×240 пикселей и максимальной температурной чувствительностью < 30 мК. Тепловизоры такого класса, как правило используются для теплового контроля крупных объектов с дальнего расстояния и небольших объектов с высокой температурной неоднородностью, например зданий и сооружений, ограждающих конструкций, дымовых труб, электротехнического оборудования, линий электропередач и т.д. Для перечисленных объектов, в большинстве случаев допустимо использование тепловизоров с матрицей не менее 320×240 пикселей.

Тепловизоры testo серии 885 применимы и для решения более простых задач не связанных с подробным энергоаудитом и контролем объектов с высокой тепловой неоднородностью, например для контроля небольших объектов с близкого расстояния при плавном перепаде температур или объектов с большой разностью температуры, когда равномерность ее распределения не имеет значения (критический нагрев промышленного оборудования и электропроводки, тепловой контроль систем нагрева и охлаждения, строительная термоизоляция квартир и малоэтажных домов). Младшими моделями в линейке тепловизоров testo являются приборы серий , и , профессиональные тепловизоры более высокого класса представлены модификациями testo 890. Общая сравнительная таблица всей линейки тепловизоров testo находится здесь.

Помимо матрицы с разрешением 320×240 пикселей, из прочих отличий тепловизора testo 885 от младших моделей можно выделить максимальную температурную чувствительность — < 30 мК, функции создания панорамных изображений и отображения критических температур, поворотный сенсорный дисплей и лазерный маркер. Модель testo 885-2 также оснащена функцией измерения высоких температур (до 1.200°C), технологией SiteRecognition и имеет возможность установки дополнительного телеобъектива 11° x 9° для контроля удаленных объектов. В качестве дополнительной опции Тесто 885-2 может быть дополнена функцией создания полностью радиометрических видеозаписей (Fully Radiometric Video), которая позволяет регистрировать тепловые процессы в режиме реального времени. Данная функция может быть полезна в случае, когда необходимо отследить нагрев объекта в динамике.

Устройство тепловизора

Большинство тепловизоров состоит из стандартного набора узлов, деталей и электронной начинки:

• объектив;
• датчик-приемник инфракрасного излучения;
• электронный блок обработки сигнала;
• дисплей;
• программное обеспечение;
• память;
• система управления.

Основными частями тепловизора являются объектив и датчик-приемник инфракрасного излучения (матрица). Их стоимость определяет 90% цены всего устройства. Причина в сложности изготовления и дорогих материалах. Объектив делают из германия, так как обычное стекло является непреодолимым препятствием для ИК-лучей. В комплекте с тепловизорами обычно идет чехол для хранения объектива.

Полупроводники для датчика изготавливают из дорогостоящего антимонида индия, ртуть-кадмий-теллура и других монокристаллов с похожими свойствами. Приемник преобразует прошедшее через объектив излучение в электрический сигнал и направляет его в электронный блок для дальнейшей обработки. Электронный блок, обработав полученный сигнал, передает его на дисплей.

Для четкого отображения теплограммы, дисплеи должны обладать хорошей яркостью, разрешением и достаточным размером. Чаще всего, они представляют собой жидкокристаллические экраны. Кроме инфракрасного изображения на мониторе могут отображаться:

• температурная шкала;
• дата и время;
• уровень заряда аккумулятора и другое.

Используемое программное обеспечение позволяет обработать цифровую информацию, превратив ее в качественное изображение и скопировать на любые носители. Для хранения полученных данных, в виде снимков, видео- и аудиозаписи, применяется как встроенная память, так и внешние устройства. Для освобождения места, всю информацию можно перенести в компьютер.

С помощью системы управления осуществляются настройка тепловизора. Это необходимо, чтобы оптимизировать изображение и лучше видеть точки с аномальной температурой. Настройки позволяют менять цветовую гамму, отрегулировать коэффициент излучения и видимость фоновой температуры, а также выполнить другие необходимые действия, помогающие проанализировать температурную ситуацию.

Как измерять температуру человека

Измерение температуры тела человека является, наверное, одной из самых важных функций тепловизора. Ведь от этого зависит жизнь и здоровье людей. Поэтому такой прибор должен обладать большой точностью. Их погрешность составляет не более 0.5 °С. А измерение производится с расстояния от 1 до 1.5 м, что является безопасным для медицинского работника, если человек инфицирован.

Медицинские тепловизоры имеют достаточно большой объем встроенной памяти и могут сохранить до 100 000 тепловизионных изображений с данными конкретных людей. А входящая в комплект тренога позволяет устанавливать их, например, на проходных предприятия.

Как устроен тепловизор?

Это устройство способно давать точные и быстрые результаты, которые можно увидеть уже непосредственно на экране. Так как устроен тепловизор и по какому принципу он работает?

Тепловизор работает по принципу бесконтактного замера. Он реагирует на инфракрасное излучение объектов. Такое ИК излучение есть у всех предметов, чья температура выше абсолютного нуля. И поэтому чем предмет теплее, тем больше будет его излучение. Прибор же регистрирует эти излучения и выводит их на дисплей. Так в общих словах можно описать как работает тепловизор.

Если же разбирать устройство тепловизора более подробно, то его можно сравнить со сканером, ориентирующимся на электромагнитные реакции объектов. Матричный приемник ИК излучения является основным элементом прибора. После фиксации сигнала он переводится в электронный и затем передается на дисплей в виде электронного изображения. Такое изображение называется термограмма. Это изображение содержит в себе обработанные данные об инфракрасном излучении всех предметов. Визуально оно представлено в виде изображения с различными градациями цвета. Этот цвет и обозначает интенсивность излучения. Эксперт уже может просто взглянув на дисплей определить приблизительно проблемы и дефекты здания.

В зависимости от области применения уже существуют различные виды тепловизоров со своими особенностями. Иногда от модели зависит и на какое расстояние работает тепловизор. В нашей независимой лаборатории мы используем профессиональные измерительные приборы, которые проходят все необходимые проверки и настройки для того, чтобы давать только точные результаты.

Можно ли измерять температуру

Прежде всего уточним, что тепловизор – это специальное устройство типа ручного сканера для удалённого наблюдения за распределением температуры на теле человека.

Как только заболевшие коронавирусом были выявлены в России, работодатели (они же операторы персональных данных в этом случае) начали делать в Федеральную службу по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций запросы о допустимости использования тепловизоров для измерения температуры работников, а также посетителей (клиентов) предприятий и организаций.

Как разъяснил Роскомнадзор, температура тела – это информация о состоянии здоровья. Соответственно, она относится к специальной категории персональных данных. И обработка таких данных без согласия субъекта в соответствии с ч. 2.3 ст. 10 Федерального закона «О персональных данных» допустима, если происходит в соответствии с трудовым законодательством.