Принцип работы и устройство тепловизора

Тепловизор — это устройство, предназначенное для визуализации температурных различий на поверхности объектов. Оно преобразует инфракрасное излучение, исходящее от предметов или живых существ, в изображение, на котором более теплые области отображаются одним цветом (например, красным или оранжевым), а более холодные — другим (синим или фиолетовым).

Принцип работы тепловизора

Работа тепловизора основана на принципе фиксации инфракрасного (теплового) излучения. Оно исходит от всех объектов с температурой выше абсолютного нуля (−273,15 °C или 0 К). Если говорить простыми словами, то инфракрасное излучение невидимо для человеческого глаза, однако прибор этого типа способен улавливать и преобразовывать его в видимое изображение, где разница температур выражена через цвета. Основные действия с этим оборудованием включают:

Захват инфракрасного излучения. Объектив собирает волны соответствующей длины, которые испускают предметы, находящиеся в поле его зрения. Излучение зависит от температуры объекта. Чем он горячее, тем больше волн испускает.

Преобразование в электрические сигналы. Специальный детектор (обычно это матрица инфракрасных датчиков) воспринимает собранное излучение. Поле этого он преобразовывает его в электрические сигналы. Такие датчики могут быть охлажденными (для повышения чувствительности) или неохлажденными.

Обработка сигналов. Электрические сигналы поступают в процессор тепловизора, который анализирует их и формирует изображение. Оно представляет собой температурную карту — разные тепловые показатели объекта кодируются в различные оттенки.

Формирование изображения. На дисплее тепловизора или подключенном устройстве выводится термограмма — визуальное отображение теплового излучения. Более горячие области обычно показываются яркими цветами (например, красными, оранжевыми или желтыми), а холодные — темными (голубыми или фиолетовыми).

Также он включает дополнительные элементы. Для корректного использования тепловизор периодически калибруется, чтобы точно определять разницу температур. В некоторых моделях есть охлаждаемые датчики, что позволяет регистрировать мельчайшие тепловые изменения. Для этих задач нередко применяются криогенные технологии.

Кроме этого, в тепловизорах могут использоваться микроболометры – датчики, которые регистрируют инфракрасное излучение без необходимости охлаждения. Он и могут работать в диапазоне длин волн от 7 до 14 мкм.

В некоторых моделях есть встроенные квантовые детекторы. Они более чувствительны, однако для их эксплуатации необходимо охлаждение. Их применяют для высокоточных измерений и в научных исследованиях.

Как выглядит и устроен тепловизор

Прибор внешне напоминает портативную камеру или видеорегистратор. Он состоит из объектива, дисплея и органов управления. В зависимости от модели, тепловизоры выглядят по-разному, они могут отличаться по форме и размеру, но в большинстве из них есть следующие элементы:

Объектив – центральная часть, через которую захватывается инфракрасное излучение. Он обычно сделан из специальных материалов, например, германия, поскольку стекло не пропускает инфракрасные лучи.

Корпус – обычно прочный, часто водо- и ударостойкий, чтобы защищать оборудование в сложных условиях эксплуатации.

Дисплей – экран, на котором пользователь видит изображение, преобразованное тепловизором. Термограммы обычно цветные, с выделением температурных зон различными оттенками.

Кнопки управления – элементы для настройки тепловизора, выбора режима работы, фокусировки и других функций.

Разъемы и слоты – могут включать USB-порты, слоты для карт памяти или разъемы для подключения внешних устройств, таких как компьютер или монитор.

Аккумулятор или батареи – источник питания прибора.

Важная часть тепловизора – процессор обработки сигналов. Он принимает данные с детектора и перестраивает их в термограмму (тепловое изображение). Процессор проводит анализ температурных показателей и определяет, какие оттенки использовать для разных зон.

Прибор устроен так, что в нем задействованы электронные модули. Они включают в себя элементы управления, настройки и дополнительные функции, а также средства для передачи данных через Wi-Fi или Bluetooth, память для сохранения изображений, GPS для геолокации снимков.

В охлаждаемых моделях может быть криогенная система охлаждения, необходимая для поддержания датчиков при очень низкой температуре, что повышает точность измерений.

Как выглядит работающий тепловизор

На дисплее или экране прибора отображается изображение, на котором различные предметы имеют разные цвета в зависимости от их температуры. Это помогает визуально выделить зоны перегрева, утечек тепла или живые объекты, излучающие тепло. Среди преимуществ тепловизоров:

высокая чувствительность, они позволяют обнаруживать даже небольшие температурные различия;

визуализация скрытых процессов, можно увидеть то, что недоступно для обычного зрения;

бесконтактный метод, при использовании оборудования не требуется физическое взаимодействие с объектом.

Обычно оператор направляет тепловизор на нужную область, например, стену здания или человека. На дисплее сразу отображается температурная карта объекта. Это позволяет выявить места утечки тепла в доме или определить местоположение людей в темное время суток или в помещениях без света.

Тепловизоры бывают портативными, монтируемыми на транспортные средства. Также приборы этого типа выпускаются в виде беспилотников или их интегрируют в различные системы наблюдения. Несколько слов о том, зачем нужен этот инструмент. Сферы его применения обширны. Их используют в следующих отраслях:

Строительство – для поиска утечек тепла в зданиях, контроля качества теплоизоляции, обнаружения скрытых дефектов.

Промышленность – для контроля температуры оборудования, поиска перегретых участков, диагностики электрооборудования.

Энергетика – для обследования тепловых сетей, поиска мест теплопотерь.

Автомобильная промышленность – для диагностики систем охлаждения двигателей, поиска утечек в системах кондиционирования.

Безопасность – для ночного видеонаблюдения, поиска людей в темноте, обнаружения скрытых объектов и других действий.

Медицина – для диагностики заболеваний, контроля температуры тела.

Тепловизор – это универсальный инструмент, который находит применение во многих областях. Его назначение – получение информации о состоянии объектов, при этом не требуется прибегать к разрушающим методам.