О тепловизорах

В данной статье мы продолжаем обсуждение темы теплового контроля, на этот раз сосредотачиваясь на тепловизорах. Мы уделим внимание основным техническим характеристикам, которые стоит учитывать при выборе этих приборов, а также поделимся рекомендациями и выделим ключевые моменты, не обходя стороной менее значительные аспекты. Следует отметить, что акцент будет сделан на портативные тепловизоры гражданского сегмента, так как они составляют основу продаж на нашем рынке.

Принцип работы тепловизора основан на использовании инфракрасной термографии, при которой прибор фиксирует инфракрасное излучение, исходящее от различных объектов. Современные тепловизоры применяются для диагностики, поиска неисправностей и технического обследования в самых разных областях, включая электрические системы, моторы, станки, инженерные сети, а также в промышленности, нефтегазохимической сфере, строительстве и даже для бытовых нужд. В гражданском сегменте также есть специальные применения, такие как обнаружение газов с помощью тепловизоров, НИОКР и стационарные системы теплового контроля, которые в настоящее время рассматриваться не будут. Тепловизоры помогают диагностировать и выявлять проблемы, устранять неисправности и предотвращать возможные тревожные сигналы в будущем, что может существенно повлиять на финансовые результаты.

Итак, на что следует обратить внимание при выборе тепловизора? Какие характеристики являются ключевыми, а на что можно не обращать внимания? Как выбрать необходимый прибор, не переплачивая за лишние функции?

Каждый случай требует индивидуального рассмотрения, и универсального ответа не существует. В этом помогут специалисты, которые хорошо разбираются в тепловизорах и имеют практический опыт работы с различными моделями в различных условиях.

Давайте сейчас сосредоточимся на основных технических характеристиках и особенностях тепловизоров, чтобы понимать, на что стоит обращать внимание. Мы стремимся донести информацию в максимально простом и понятном виде.

- Размер (разрешение) детектора матрицы

Многие уже знакомы с этой характеристикой, так как чем выше разрешение детектора, тем более четкое изображение мы получаем на выходе. Каждый пиксель матрицы фиксирует инфракрасный сигнал, который затем преобразуется в электрический. То есть каждый пиксель соответствует одному измерению температуры. Например, тепловизор с разрешением 640 x 480 пикселей обеспечивает 307 200 точечных измерений. Большее количество измерений позволяет получить более детализированное изображение, в котором учтены все нюансы. Благодаря высокому разрешению, изображение не выглядит размытым, как может происходить при недостаточном разрешении. Примеры градации качества инфракрасных снимков в зависимости от разрешения можно увидеть ниже (слева направо).

Наша компания настоятельно рекомендуем обратить внимание на разрешение (размер) детектора матрицы тепловизора. Хотя в некоторых случаях может быть целесообразнее инвестировать в другие функции и возможности прибора, это остается одним из ключевых факторов при выборе тепловизора.

- Пространственное разрешение (iFOV)

Это значение обычно указывается в миллирадианах и определяет минимальный физический объект, который может быть распознан и зафиксирован инфракрасной камерой. Чем меньше значение iFOV, тем меньший линейный объект сможет уловить тепловизор. Например, значение 0,93 мрад. является более предпочтительным, чем 1,86 мрад. Для расчета минимального размера объекта можно воспользоваться формулой: h = l * δ, где h — минимальный линейный размер объекта, l — расстояние до объекта, а δ — значение iFOV (пространственное разрешение в радианах). Некоторые производители предлагают калькуляторы для расчета iFOV для своих моделей тепловизоров. Важно отметить, что iFOV делится на два подкатегории: iFOVgeo — для наименьшего видимого объекта и iFOVmeas — для наименьшего измеряемого объекта, однако это уже относится к техническим аспектам, которые должны учитывать специалисты при выборе оборудования для конкретных задач.

- Поле зрения (FOV)

Эта характеристика выражается в градусах (например, 34° х 24°) и определяет угловое пространство, которое прибор может зафиксировать. Параметр FOV (Field of View) указывает, насколько крупный объект может быть охвачен в кадре. Используя математическую формулу l = h / tg a, можно рассчитать расстояние до объекта, чтобы он полностью вошел в кадр. То есть, длина (l) равна высоте объекта (h), деленной на тангенс угла (tg a). Тем, кто интересуется расчетами, можно попробовать сделать это самостоятельно или обратиться к специалистам, так как многие современные тепловизоры позволяют менять объективы, расширяя или сужая поле зрения и даже используя макрообъективы. Некоторые производители также предлагают онлайн-калькуляторы для своих ИК-камер. Примеры пространственного разрешения (iFOV) и поля зрения (FOV) можно увидеть на изображении ниже.

Амфитэк рекомендует выбирать приборы с минимальными значениями пространственного разрешения (iFOV). Поле зрения (FOV) же следует подбирать в зависимости от конкретных задач и условий работы, учитывая физические размеры объектов, с которыми предстоит взаимодействовать.

- Температурная чувствительность (NETD)

Этот параметр измеряется в милликельвинах (mK) или реже в градусах Цельсия (°C) и определяет наименьшую разницу температур, которую тепловизор способен зафиксировать. Значение NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) свидетельствует о уровне шума инфракрасного детектора: чем меньше уровень шума, тем меньшую разницу температур может обнаружить прибор. В итоге, в тепловизоре с более низким показателем NETD можно фиксировать даже самые незначительные изменения температуры. Например, значение ≤ 40 мК значительно лучше, чем ≤ 70 мК. На приведенной ниже фотографии можно увидеть снимки, различающиеся всего на 10 мК (сверху 40 мК, снизу 50 мК).

Рекомендуем выбирать тепловизоры с наименьшими значениями NETD, однако для некоторых задач наличие минимальной температурной чувствительности может быть не столь критичным. Часто производители ИК-камер уделяют внимание этому показателю наряду с другими характеристиками, но это не универсальное правило, и к значению NETD следует относиться внимательно.

- Минимальное фокусное расстояние

Эта величина, выражаемая обычно в сантиметрах или метрах, определяет минимальное расстояние, на котором инфракрасная камера способна получить четкое и сфокусированное изображение. Это аналогично работе любого фотоаппарата.

В некоторых случаях минимальное фокусное расстояние становится важным фактором при выборе тепловизора. Это может быть связано с ограниченным пространством, например, когда электрощит установлен слишком близко к другому оборудованию и к нему трудно подлезть. Кроме того, параметр фокусного расстояния имеет значение, когда необходимо провести макросъемку объекта и изучить физические процессы, требуя размещения устройства максимально близко к объекту. Мы советуем уделить внимание этому параметру в зависимости от ваших целей и задач.

- Система управления фокусом

Фокусировка прибора на изучаемом объекте — это критически важный аспект, так как точность фокусировки напрямую влияет на качество измерений тепловизора. Точная фокусировка позволяет получить резкие и четкие снимки с корректными радиометрическими данными. Как известно, качественный снимок является основным условием для дальнейшей обработки инфракрасных изображений в специализированном программном обеспечении, что позволяет провести анализ текущей ситуации и сделать правильные выводы. Неразмытый фокус обеспечивает соответствие измеряемых значений действительности.

В тепловизионных камерах различают три основные системы управления фокусом: фиксированная, ручная и автоматическая.

Фиксированная фокусировка — это самый простой и бюджетный вариант, который работает по принципу фокусировки на одном определённом расстоянии. Такие модели, как правило, относятся к бюджетному сегменту и подходят для быстрых сканирований и определения проблемных зон.

Ручная фокусировка позволяет достичь четкого снимка как на близком, так и на удаленном расстоянии. Такие тепловизоры чаще используются профессионалами и специалистами, разбирающимися в термографии.

Автоматическая фокусировка – представляет собой современное решение, где интеллектуальная электроника выполняет фокусировку самостоятельно, например, с использованием лазерного луча. Один из вариантов автоматической фокусировки включает захват изображений передней и дальней зоны, обеспечивая полное покрытие глубины. Пример ниже.

Выбор системы фокусировки в тепловизионных камерах является важным аспектом для удовлетворения потребностей заказчика. Необходимое понимание того, где и как будет использоваться тепловизор, имеет ключевое значение. Также важно учитывать, кто будет работать с прибором — профессиональные диагносты, оперативные службы или специалисты по контролю инженерных систем. Каждый из этих случаев может требовать различных подходов. Мы рекомендуем выбирать тепловизоры с ручной фокусировкой и возможностью переключения на фиксированный режим, так как это подойдет для большинства задач. Наличие автоматической фокусировки является большим плюсом.

- Частота обновления кадров

Этот параметр указывается в Герцах (Гц) и аналогичен показателям других технических устройств. Частота обновления кадров обозначает, сколько раз в секунду обновляется полный кадр, представляя новое изображение. Соответственно, чем выше частота кадров, тем чаще прибор обновляет информацию, и мы видим новую картинку. В практическом применении высокочастотные тепловизоры находят свое место в специфических отраслях, таких как нефтегазохимия, где необходимо отслеживать быстротекущие процессы, например, выявление утечек газа или наблюдение за быстро движущимися объектами. Инфракрасные камеры с высокой частотой обновления также активно используются в НИОКР, медицине и военных приложениях. Однако из-за сложности ввоза в страну высокочастотных моделей, которые имеют двойное назначение, это может оказаться затруднительным.

При выборе оборудования важно учитывать частоту обновления кадров в зависимости от конкретных задач. В большинстве случаев для обычного мониторинга и диагностики достаточно тепловизоров с небольшой частотой обновления, в то время как для специфических приложений лучше проконсультироваться с экспертами в этой области.

В этой статье мы постарались обсудить основные технические отличия и функциональные особенности современных портативных тепловизоров. Естественно, в некоторых случаях погрешность измерения или диапазон температур могут оказаться более критичными, чем фокусировка или температурная чувствительность. К современным и удобным функциям можно отнести:
- камеру видимого спектра (для совмещенных изображений ИК и видимого спектра)
- цифровое увеличение (для приближения объекта изучения)
- встроенный фонарик и дальномер
- математические функции на дисплее устройства
- беспроводная передача сигналов и сохраненных снимков по сети Wi-Fi
- аудиоанотации к ИК-снимкам
- запись видео термограмм.

Подчеркнем, что универсального решения не существует, однако совместно можно подобрать подходящую модель. В данной статье мы намеренно не рассматриваем узкоспециализированные приборы, так как они не относятся к массовому сегменту, и подход к работе с конечными заказчиками здесь совершенно иной.

Особое внимание следует уделить эргономике портативных тепловизоров, которые делятся на модели с пистолетной рукоятью и с поворотным оптическим блоком. Приборы с пистолетной рукоятью являются очень удобными, когда руки заняты — их можно разместить в разгрузке, прикрепить к ремню или повесить на шею. Этим прибором удобно пользоваться одной рукой, особенно при использовании фиксированной фокусировки. Обычно они оборудованы средним дисплеем размером 3-4 дюйма и имеют удобное управление.

Тепловизоры с поворотным оптическим блоком отлично подходят для длительных и кропотливых инспекций, когда нужно получить доступ к труднодоступным местам. В одной руке находится дисплей размером 5-6 дюймов, а другой рукой можно удобно настраивать оптику и направлять ее на объект исследования. Это особенно удобно при диагностике ЛЭП, когда прибор можно держать на уровне глаз, не поднимая его вверх.

Следует также отметить современные модели форм-фактора, напоминающие мобильный телефон. Такие компактные устройства становятся незаменимыми в условиях ограниченного веса снаряжения или когда необходима высокая мобильность. Прибор, который помещается в карман, всегда под рукой — его легко достать, провести диагностику и снова убрать.

Специалисты компании Амфитэк многие годы предоставляют своим клиентам консультации по подбору оборудования для теплового контроля: портативные тепловизоры, стационарные тепловизоры, тепловизоры для поиска утечек газа, пирометры, контактные термометры, тепловизоры для обеспечения безопасности, взрывозащищенные тепловизоры и другие.

Мы предлагаем поддержку по эксплуатации данных приборов и практические советы по их использованию. Для наших клиентов доступны демо-модели тепловизоров.

Мы всегда готовы поделиться своим опытом и помочь в выборе устройства для конкретных задач. Обращайтесь, будем рады помочь!

С уважением, Амфитэк