Тепловизор - О приборе и о Его возможностях

Что такое Тепловизор? 

 

Тепловизор – сложный прибор, где задействована оптико-электронная система, позволяющая получить видимое изображение распределения температуры на любой поверхности. Тепловизор фиксирует тепловое электромагнитное излучение во всех точках на исследуемой поверхности. Полученный сигнал преобразуется в цветную картину – термограмму в виде цветного теплового поля. Градация температуры визуально определяется по цвету. Точность измерений зависит от многих факторов, включая назначение прибора, и доходит до несколько сотых градуса. Поверхность или объект можно наблюдать в режиме реального времени, вывести данные (теплограмму) на дисплей или зафиксировать снимком, видео.

Применяется тепловизор во многих сферах и выполняет различные функции, используется:

• В вооруженных силах: приборы ночного видения, прицелы для обнаружения закамуфлированного противника, элементы вооружения тяжелой техники;
• охране: системы наблюдения, сигнализации;
• в медицине и ветеринарии: диагностическая аппаратура;
• для неразрушающего контроля в строительстве: качество теплоизоляции, строительных материалов, сборки конструктивных узлов;
• при диагностике коммуникационных сетей на износ или аварийность;
• спасательными службами: обнаружение под завалами живых людей, возможных путей эвакуации и др.

Сам прибор не излучает энергию, как при рентгеновском исследовании, он лишь «считывает» невидимое глазу излучение всего спектрального диапазона. Если лучи рентгена проникают сквозь поверхность и позволяют диагностировать «изнутри», то здесь совсем иной принцип диагностики: любая поверхность с температурой выше абсолютного нуля испускает электромагнитные волны разной длины, задача тепловизионного оборудования преобразовать полученные данные в визуальную картину. Вывести ее на экран или получить теплограмму на любой носитель, включая бумажный.

Сегодня тепловизор это довольно компактное портативное устройство, внешне напоминающее привычную оптическую технику. На этом сходство заканчиваются. Профессиональный тепловизор не просто «видит», благодаря особой оптике, он анализирует и преобразует полученные данные. В его работе задействовано специальное программное обеспечение. Прибор может быть в разнообразном исполнении, различных мощностей и сфер использования.

Основные технические характеристики тепловизора:

• тип матрицы, ее чувствительность;
• температурный диапазон работы;
• фокусное расстояние и угол обзора.

Ниже разберемся – где и как используется тепловизор, какую пользу он может принести в обычных буднях или экстремальных ситуациях.

 

Как появилась и развивалась инфракрасная термография?

Как бы человечество не гордилось изобретателями, учеными, однако оно раз за разом «изобретает велосипед». Открытия – да, но открываем мы то, что давно дано нам природой. Технология преображения инфракрасного излучения в электрический сигнал с целью его визуализации, давно используется в живом мире. Причем задолго до того, как было открыто невидимое тепловое излучение.

Некоторые виды летучих мышей, змей видят стерео картинку с учетом тепловой информации, что подается в мозг от термосенсоров. Мозг «считывает» одновременно несколько сигналов – зрительных, моторных, слуховых и создается общая картина. Ямоголовые (гремучие) змеи, благодаря рецепторам, распознают, жертву по разнице ее температуры с окружающей средой и воспринимают изменения до 1/10 градуса С. Во время охоты гремучей змее не требуется видимый свет! Чем не природный тепловизор?

Человеку пришлось все открывать и внедрять самостоятельно. У. Гершель (XVIII-XIXв) открыл инфракрасное излучение, поместив термометр за границу видимого спектра от расщепленного призмой солнечного луча. Увидел скачок температуры, от невидимых глазу лучей. Формально это можно считать истоком для дальнейших открытий и изобретений, поскольку инфракрасное излучение идет от любых объектов, имеющих температуру отличную от абсолютного нуля.

Т. Кейс (XX в) изобрел приемник, который мог зафиксировать невидимое тепловое излучение и стал прообразом современного тепловизора. Электронно-оптический преобразователь (ЭОП) использовали  для оснащения боевой техники во время Второй мировой войны. И дальнейшие разработки технологии создания тепловых изображений долго связывали с вооружением воинских сил. До 50-х годов все изыскания были засекречены.

Дальнейший скачок развития технологий для тепловизионных систем наблюдался в 60-е годы, к 80-м наметился настоящий прорыв, поскольку появилась возможность использовать полупроводники, фотодиодные ячейки. Впервые появилась функция записи получаемого изображения и возможность использовать аккумуляторы для питания тепловизора.

Системы становились более точными и компактными, обозначились и новые перспективные направления для создания приборов следующих поколений - специального узкого назначения или многофункциональные для широкого применения. Вооружение армий сегодня уже лишь одна из многих сфер применения открытия ИК излучения и его визуализации.

Далее мы будем более подробно рассматривать применение тепловизора, поэтому разберемся с применяемой терминологией в общедоступном понятии:

• Термограмма - цветное изображение, где разным цветам соответствует определенная температура;
• Инфракрасная термография - способ получения и изучение такой картинки или видео;
• Тепловизор - прибор для реализации получения термограммы.

Тепловизор, это не только прибор для ночного видения. С его помощью проводят тепловизионное обследование, сканирование, наблюдения и контроль в самых различных сферах нашей жизни. Увидеть невидимое сегодня стало проще с помощью оптико-электронных систем нового поколения. Развитие технологий не стоит на месте, анонсируется интеграция тепловизора с телефоном и даже с глазными линзами. Но для профессиональной деятельности, где уровень гораздо выше любительского, без сложной системы с надежным программированием и возможностью анализа изображения, такие новшества не пригодны. Возможно - пока непригодны.

Как тепловизор помогает экономить?

Сложно представить комфортное проживание в доме, где холодно, сквозит, где тепло не задерживается, а спешит обогреть улицу. В небольшой городской квартире можно поставить обогревательный прибор. Он увеличит расходы, но они несравнимы с финансовыми потерями, которые грозят владельцам собственного частного дома, если он не удерживает тепло. Да за комфорт принято платить, но вот переплачивать совсем не обязательно!

Графа расходов на отопление порой самое тяжелое финансовое бремя по содержанию жилья. Как сократить эти расходы, сократить закупки и доставку? В частном доме, как правило, в тепло трансформируется топливо – газ, дрова, уголь, пеллеты. Причиной потери тепла является нарушенный или недостаточный теплоизоляционный контур дома.

Можно затеять капитальный ремонт, увеличивая ширину стены, полностью меняя утеплитель, но что это на 100% снимет проблему весьма сомнительно. Возможно, утечка происходит только через один элемент или конструкцию, на которую вы не обратили внимание.

Есть два основных типа тепловых потерь, и связаны они со следующими процессами:

• Теплопроводность;
• Конвекция.

Теплопроводность – способность материалов передавать тепло или холод. С чем сталкиваются при тепловом аудите частного дома? Рассмотрим на примере стен:

• Достаточно толстая кирпичная стена, но тепловизор показывает, что кладочные швы служат многочисленными мостиками холода. Видимо при расчете толщины кладки был не учтен нюанс разной теплопроводности материалов. Теплотехнические расчеты выполнены без поправок. Потребуются дополнительные утеплительные или отделочные работы (теплая штукатурка и пр.)

•  Снижать термическое сопротивление стены могут бетонные перемычки или углы, места сопряжений, наличие таких мест обязательно отразится изменением цвета на дисплее и будет зафиксировано на снимке, для анализа и дальнейшего решения.
• Утепленная стена, но на теплограмме видны участки, где стена отдает тепло, по причине отсутствия утеплителя, его усадки, наличия швов. Вполне возможно есть шанс обойтись локальным доутеплением, либо заменой утеплителя на небольшом участке.
• Намокший минеральный утеплитель теряет теплоизоляционные свойства. Чем сильнее намок материал, тем выше его теплопроводность. Замена мокрого утеплителя, организация гидро -пароизоляции снимут проблему холодной стены.

Еще наружная стена может передавать тепло на улицу и от нагревательных элементов, когда радиатор установлен плотно и прогревает стену, когда трубы с теплоносителем в системе теплого пола почти (или) касаются наружных стен. Затраты на отопления увеличиваются, а эффекта нет. Это тоже теплопроводность через материалы.

Конвекция – движение воздушных масс. Здесь все связано с неконтролируемым движением холодного и теплого воздуха. Конвективные потери тепла могут быть от явных или незаметных щелей, трещин в поверхностях, конструкциях. Лазейки для конвективных неконтролируемых потоков воздуха возникают при браке стройматериала, недочетов при сборке или появляются после усадки дома. Также бывает проблема от неправильно работающей вентиляции, нарушенной тяги в камине. Окна, двери, чердачные люки могут неплотно закрываться, иметь износ уплотнителей и также запускать неконтролируемое движение воздушных потоков.

Причину утечки следует вначале определить, и к каждой из них применить свой подход. Откуда из дома уходит тепло, иногда можно установить по дуновению сквозняка, холодной стене или ледяному полу. Причину определить сложнее. Но все конкретные – локальные участки, через которые теряется тепловая энергия, станут визуально заметны на цветной теплограмме. Специалист, обладающий опытом, без труда определит как причину, так и способ устранения ее.

После исправления недочетов утепления, конструктивных ошибок или просто после восстановления герметичности окон (в зависимости от выявленных причин утечки тепла) значительно сократится потребление топлива, восстановится комфортный микроклимат в помещениях.

При покупке готового дома, при его приемке после возведения, обследование тепловизором убережет от невыгодной сделки, либо позволит аргументировано потребовать скидки, заставить исправить выявленные дефекты. Это касается и приема работы после проделанного ремонта, утепления.

Если проигнорировать тепловизионный осмотр, можно «приобрести кота в мешке», только вот в какую цену выльется это приобретение?

 

Как тепловизор поможет сберечь имущество?

 

Недвижимое имущество. Чаще всего в него вкладываются основные средства простых граждан. Наверняка каждый из нас хотел бы использовать его в соответствии с назначением – жить, отдыхать или сдавать. Сохранить это имущество для своих наследников. Но зачастую мы не всегда замечаем, что сохранность имущества находится под угрозой. И это не противоправные действия третьих лиц, а внешние воздействия, скрытый брак. Когда появляются первые признаки разрушения, они могут быть незаметны. Как первые симптомы заболевания, и если их проигнорировать, то «болезнь» перерастет в хроническую или смертельно опасную. Также и дом. Он может болеть, а первые «звоночки» легко обнаружить с тепловизором и принять меры на начальном этапе.

Все элементы конструкций имеют свою температуру. Она разнится в местах соединений, стыках. Нарушения температурного контура могут говорить о многом при расшифровке термограммы. Неразрушающий контроль выявляет перепады температуры, там, где ее не должно быть.

И хотя тепловизионная съемка чаще используется как контроль теплоизоляции, для нахождения утечек тепла, диагностика выявляет и другие дефекты, устранение которых значительно продляет срок эксплуатации дачного домика, жилого коттеджа. Речь идет о частном домостроении, поскольку оно является имуществом, личной собственностью и никакая управляющая компания не будет заботится о таком жилом фонде. Производить тепловой аудит или нет, решает только хозяин.

С чем сталкиваются операторы термоконтроля? Что можно заметить под отделочными материалами и в конструкциях, если тепловизор не рентген, и не может просветить стены?

Повреждение кровли бывает долго незаметным, но влага, что попадает в кровельную систему, разрушительно действует на материал, на конструкции. Утеплитель вбирает в себя влагу, постепенно накапливая ее, теряя теплоизоляционные свойства. Создается благоприятная среда и для грибкового поражения. Если повреждение выявлено во время ранней диагностики и не нанесло значительного урона, то замена или сушка утеплителя, восстановление изоляции пресекут все начавшиеся процессы разрушения.

Наличие влаги губительно для конструкций, отделочных материалов, вызывает появление плесени, гнилостных процессов, а это помими вреда здоровью, разрушает недвижимое имущество. Конденсат, проникновение влаги через негерметичные швы, течи коммуникаций оставляют свой тепловой след на теплограмме.

Иногда незаметная протечка размывает фундамент, почву вокруг строения, что грозит провалами, неравномерной усадкой, разрушению основания дома, разрывом коммуникационных сетей. Определив критичную область, легче разобраться в причине, устранить проблему.

Дефекты электросети Имущество может пострадать и от короткого замыкания, если вовремя не обнаружить участки с критическим напряжением, поскольку повышенное тепло всегда предшествует неисправностям в сети. Причины могут быть разные – плохие контактные соединения, износ, чрезмерное напряжение, все они могут привести к нарушению изоляции и, соответственно к аварии с риском для имущества (не будем усугублять негативную картину статистикой гибели людей на пожарах, вызванных коротким замыканием).

Как мы видим, польза тепловизионного обследования очевидна. В западных странах давно существуют нормативы контроля тепловизором для всех объектов, сдаваемых после строительства и ремонта. У нас заказчики чаще обращаются за услугой во время эксплуатации дома, когда проблемы громко заявили о себе и имущество уже подвергается риску разрушения.

Как тепловизор находит проблемы в отопительной системе?

 

Тепловизионная диагностика решает широкий спектр задач. Находит она применение и в обеспечении бесперебойной и качественной работы любой системы отопления дома, особенно если нарушена работа «Теплого пола». Зачастую очень сложно определить место протечки, засора или неисправности теплого пола, поскольку вся система скрыта под бетонной стяжкой, напольным покрытием. Обследование тепловизором визуализирует укладку системы, проблемную зону.

Тепловизором можно проверить состояние трубопроводной системы на наличие утечек, засора. Отслеживание неисправностей в системе отопления дома бесконтактным методом – без вскрытия полов, демонтажа оборудования проводится при помощи распознавания прибором холодных и горячих точек и дальнейшей их визуализации на дисплее. Программное обеспечение позволяет определить распределение температур и диагностировать локально проблемные места. Нет необходимости проводить полный демонтаж пола, достаточно провести ремонтные работы точечно.

Скрытые дымоходы также попадают в область задач по определению дефектов в системе отопления.

 

Как это работает? Теплый пол. Проводится визуализация трубопровода или укладки кабеля. На тепловом изображении отслеживается наиболее горячая точка, как правило, она неправильной формы. Такой участок и есть индикатор возможного места утечки или аномального напряжения.

Не придется вскрывать весь пол, в поисках неполадок, экономятся средства на демонтаж и ремонт всего напольного пирога.

Диагностировать проблему некорректной работы трубопровода можно визуализировав состояние подающей и обратной линии. Тепловизором улавливается момент отклонения температуры на «возвратке», что сигнализирует о неисправности в системе.

Батареи. С помощью тепловизора можно в самые короткие сроки проверить эффективность работы радиаторов отопления в доме. Получить полную картину распределения тепла по всем батареям отопительной системы, путем получения термограмм с каждого радиатора. Если на отдельных участках, температурные показатели значительно ниже общего среднего, они на теплограмме будут синего цвета, и это будет указывать на то, что состояние батарей не позволяют всей системе работать эффективно. В данном случае существуют потери тепловой энергии котла отопления, перерасход топлива.

Происходит это из-за выпадения осадка, загрязнения. Промывка батареи, обычно снимает проблему, но тепловизионный контроль после промывки даст оценку результатам проделанной работы. Равномерное распределение температур на теплограмме, отсутствие синих участков и будет визуальным подтверждением качественной работы.

 

Что тепловизор может заметить в быту?

 

Изменение температуры, зафиксированное на теплограмме, сигнализирует о многих неполадках. Говорить о том, что следует заказать обследование профессиональным тепловизором с ПО, чтобы вскрыть бытовые проблемы, пожалуй, не будем. Профессиональное обследование дома процесс серьезный и не бюджетный. Но все же – что еще, помимо нарушенной теплоизоляции, поврежденных коммуникаций можно определить при помощи прибора, видящего инфракрасное излучение? Тем более, что есть недорогие модели для бытового пользования.

Иногда, приступая к ремонту, необходимо знать, где проложены трубы водяного контура, электрические провода, кабели, чтобы ненароком не просверлить саморезом линию коммуникации. С тепловизором это сделать не то чтобы не сложно – это очень просто. Все греющие элементы видны на экране. Обозначили прокладку и работаем спокойно!

Проверив распределительный щит, можно обнаружить слабый контакт, розетки выключатели…, вы уверены, что все устройства и системы в доме не имеют отклонений от штатной температуры? Оперативно отреагировав на вскрытые дефекты, вы не только облегчаете свой быт, но бонусом получаете спокойствие за безопасность себя, близких, своего имущества. Помимо безопасности, налаженный быт помогает в рациональном ведении хозяйства.

Но не только красный свет на экране сигнализирует о том, что в определенном месте, вместе с энергией или водой утекают ваши деньги. Холодильник может выпускать холод сквозь рассохшийся уплотнитель двери, и темная полоса вдоль двери покажет это на снимке. О таких сигналах по контуру окна, дверного проема мы говорили выше, когда речь шла теплоизоляции, но возможно напомнить стоит и здесь.

Неразрушающий контроль поможет определить место засора в канализационных трубах, обнаружить водяной след, сырость, обнаружить самую незначительную протечку на ранней стадии.

Найти черную кошку в темной комнате давно не проблема, с тех пор как стали доступны тепловизоры в быту. Возможно, вам ее искать и в голову не приходило, а вот охотников и охотоведов этот вопрос волнует, и мы рассмотрим его чуть ниже.

Как тепловизор помогает в жизнеобеспечении и производстве?

 

Если в строительстве основной экономический эффект от обследования тепловизором достигается при обнаружении дефектов теплоизоляции, то в промышленности, энергетике стоимость ликвидации аварии может достигать миллионов рублей, поэтому тепловизионная диагностика потенциальных опасных объектов уже прочно вошла в технологические процессы при производстве.

В промышленных, как и в бытовых электроустановках, слабым местом и, значит, постоянным объектом контроля являются контактные соединения. Самыми ненадежными по статистике являются болтовые соединения -48 % выявленных дефектов соединений приходится на них. Неконтролируемый нагрев легко диагностируется тепловизором, даже за обшивкой. Именно перегрев может служить аварией, причиной дорогостоящего ремонта оборудования.

Осуществляется контроль тепловизором за работой оборудования, состоянием сетей, высоковольтных линий. Десятки миллионов рублей экономятся только благодаря системе контроля тепловизионным оборудованием высоковольтных линий передачи, трансформаторов. Во столько обходились бы исправления аварийных отключений без ранней диагностики тепловизором.

Ранняя диагностика позволяет сократить время реагирования в сложных ситуациях. Немаловажен тот факт, что все эти объекты повышенной опасности, нагруженные током узлы нельзя потрогать руками, так просто отключить, для профилактического осмотра. С тепловизором можно диагностировать неполадки дистанционно, достаточно предела видимости.

Методика неразрушающего контроля необходима для жизнеобеспечения городских структур, жилого и нежилого фонда. И городские предприятия, отвечающие за жизнеобеспечение городов, областей последние года все активней обновляют техническую базу с учетом новых технологий осуществления теплового контроля – оборудования на базе тепловизора и ПО. Следует признать, что в РФ есть отставание, поскольку практика теплового контроля в городском хозяйстве во многих странах давно обычное явление.

Это интересно. В Дании есть техническая служба тепловизионного обследования теплотрасс, проложенных под мостовой. Автомобиль ездит по определенному маршруту с прикрепленным под днищем тепловизором. Норма – 100 км за ночь. С тепловизора ведется запись. После анализа записи, на участки, где обнаружена утечка, прямо на мостовой делается меловая разметка для ремонтно-аварийных служб. Ночью проехали, пометили, далее вступают в дело ремонтные бригады. Быстро, локально, есть чему позавидовать.

 

Как тепловизор используют для спасения жизни при пожаре?

Тепловизионные технологии получили особое применение в подразделениях спасателей. При тушении пожаров и спасении людей, эффективность решения задач значительно повысилась, когда в подразделениях пожарной охраны, МЧС появились тепловизоры. Если первые пожарные тепловизоры были довольно громоздкими и тяжелыми, то сегодня это уже вполне мобильная аппаратура. Есть устройства, где камера тепловизора закрепляется на шлеме пожарного и передают все данные в оперативный штаб для обработки и составления общей картины ЧП.

Как правило, тепловизионные системы для службы спасения работают в длинноволновом поддиапазоне ИК излучения. К таким приборам есть определенные требования, которые диктует специфика экстремальных условий работы пожарных и спасателей:

• Портативность, легкость;
• Влаго – пылезащищенность;
• Стойкость к высоким температурам;
• Ударопрочность;
• Получение изображения в реальном времени.

Помимо этого прибор должен иметь расширенный диапазон фиксируемой температуры. Программное обеспечение позволяет проводить цифровую обработку ИК излучения в реальном времени. Его алгоритмы настроены так, что фигура человека контрастно выделяется на любом температурном фоне.

Использование тепловизора на пожаре в условиях задымленности, шума, треска помогает найти людей в опасной зоне, определить пути эвакуации, тем самым сокращает количество пострадавших. И хотя главной задачей служб спасения является своевременная помощь людям, спасением людей не заканчиваются противопожарные действия.

Для полной ликвидации ЧС необходимо определить очаг возгорания, интенсивность пожара, вектор направления его распространения, определить наличие открытого огня и скрытых угроз – нагретые конструкции, скрытые очаги огня. Это позволяет быстро локализовать пожар, снизить ущерб, полностью ликвидировать угрозу повторного возгорания. Тепловизионный контроль позволит оценить состояние несущих конструкций и исключить риск обрушения конструкций на работающих пожарных.

Тепловизор не может получить изображение пустот, вентиляционных шахт и пр. Но теплограмма наружной поверхности укажет на интенсивный нагрев за ней.

Статистика показывает, что применение тепловизора в пожарных подразделениях снижает количество жертв и размеры ущерба по сравнению с данными аналогичных ЧС, где не использовалось тепловизионное оборудование.

Это интересно. Первый специальный пожарный тепловизор был опробован в Америке в 1980 году одним из пожарных подразделений. Он нуждался в тяжелом аккумуляторе. Сам прибор был также очень тяжелым, и экипировка специалиста была громоздкой – аккумуляторная батарея висела на ремне, прибор приходилось удерживать двумя руками. Но уже через 10 лет громоздкое оборудование было заменено на портативный прибор, который не мешает пожарным в их нелегком и героическом деле.

Как тепловизор служит на страже правопорядка?

Обеспечение безопасности населения в условиях возрастающей опасности террористических актов, в связи с активацией террористических групп, это одна из первостепенных задач правоохранительных органов. Помимо этого, существует целый ряд вопросов безопасности, связанный с охранной деятельностью, борьбой с противоправными действиями, где современные разработки высоко технологичного оборудования находят применение и обеспечивают эффективность работы силовых структур.

Тепловизор входит в арсенал современных специальных средств, широко используется органами правопорядка по всему миру. Он активно применяется в комплексных системах безопасности. Его преимущество в том, что ни полная темнота, ни сложные погодные условия не могут препятствовать работе систем контроля, наблюдения. Тепловое излучение, улавливаемое тепловизором визуализируется на дисплей, обрабатывается ПО в зависимости от поставленных задач.

Какие примеры использования тепловизора в сфере организации правопорядка можно обозначить?

Охрана границы с целью обнаружить проникновение на охраняемую зону или критичное приближение к ней. Касается это не только государственной границы, но и периметров охраняемых объектов, территорий.

Сложная инфраструктура железных дорог: пути, узлы развязок, связи, вокзалы тщательно охраняются от противоправных действий. Интегрированные системы охраны включают в себя тепловизоры, для которых не помеха отсутствие освещения, плохая видимость. Работая в конфигурации с интеллектуальной системой видеонаблюдения, аппаратура отслеживает и передает на пульт дежурного данные о внештатных ситуациях или опасных ситуациях, включая появление людей в неположенном месте или с подозрительным поведением. Это помогает предотвращать преступления и несчастные случаи на ж/д дороге, где ошибка или сбой могут повлечь человеческие жертвы и сбой всей работы сложной системы перевозок.

Водные акватории, порты и причалы также могут подвергаться противоправным действиям, включая террористические акты, проникновение на закрытые или частные территории. Модели морских тепловизоров, интегрированные с радарными системами и видеокамерами, эффективно справляются с поставленной задачей в непростых условиях больших акваторий и площадей.

Обнаружение преступников, правонарушителей, которые активно уклоняются от задержания. Если раньше достаточно было уйти от погони в лес, воспользоваться сумерками, темнотой, то сегодня применение специальных средств, считывающих тепловое излучение, позволяет обнаружить беглецов, даже значительно ушедших от погони. Оснащаются тепловизором летательные аппараты – патрульные вертолеты, квадрокоптеры, и данные с приборов передаются на пульт или дисплей оператора, что облегчает поимку правонарушителей.

Это интересно. Подобный случай совсем недавно промелькнул в новостных строках интернета, когда по такой схеме были обнаружены и задержаны подростки, совершившие грабеж в магазине городе Торонто. Задержание чуть было не осложнилось сумерками. Подростки были в черной одежде, скрылись они в лесопосадках. Но с вертолета была осуществлена тепловизионная съемка в диапазоне ИК, это позволила определить местонахождение малолетних нарушителей, укравших из магазина несколько шоколадных конфет. Интересно, кто оплатил это мероприятие по задержанию «опасных преступников»?

Как применяют термоанализ в спецконтроле?

Иголку в стогу сена удобней отыскать рентгеном, но тепловизионное обследование того условного стога вполне может справиться с поставленной задачей по тепловому следу. Для неразрушающего контроля достаточно зафиксировать локальный участок с разностью температуры и не нужно будет перерывать весь стог.

Прибор, предназначенный для определения на поверхности теплового излучения бесконтактным методом, преобразует энергию ИК в электрический сигнал. После обработки ПО, сигнал выводится на экран в виде цветового поля. Определенной температуре соответствует цвет изображения. И эта аппаратура прекрасно справляется для спецконтроля в различных областях.

В перечень технических средств таможенного контроля, относящихся к классу визуального наблюдения, относятся и тепловизоры. С их помощью выявляются случаи контрабанды, замаскированной весьма искусно. Каждый предмет выделяет тепловые волны, все они различного диапазона. И картина на дисплее не оставляет лазеек для провоза нелегальных грузов, замаскированных в жидкостях, сыпучих материалах и пр.

Выявляют они следы жизнедеятельности, пары ядовитых или взрывоопасных веществ. Разница температур в сотые градуса считывается высокочувствительным прибором, выводятся на дисплей уже оцифрованными данными. Контрастность температурных полей и контурные их очертания многое скажет опытному специалисту.

Экологический контроль уже сложно представить без тепловизионных систем наблюдения. Актуальную задачу в интересах безопасности экосреды решают во всем мире. В нее входит контроль над выбросами предприятий, за состоянием газовых и нефтяных путепроводов, контроль над утечкой на нефтеперерабатывающих, химических заводах. Экологи с помощью тепловизионного оборудования ведут контроль не только воздуха, но водных ресурсов на предмет наличия химических примесей, органического заражения.

Во время эпидемиологической опасности через тепловизионный спецконтроль проходит поток пассажиров в аэропортах. Приборы бесконтактной термометрии на расстоянии выявляют людей с повышенной температурой. Потенциально опасные пассажиры проходят врачебное обследование, при обнаружении дополнительных симптомов болезни, человек направляется на лечение и изоляцию. Профилактические меры предотвращают распространение эпидемий, к ним относится и выявление заболевших еще на ранней стадии.

Дефектоскопия с ее методами неразрушающего контроля включает в себя и термоконтроль аппаратурой, считывающей ИК. Теплоактивность всегда проявляется в месте дефекта, и теплоанализ ж/д путей сообщения, контактных узлов вполне можно отнести к спецконтролю.

Оборонно-промышленный комплекс и тепловизорные системы

Большой спектр применения тепловизоров включает в себя и оборонный сектор, вместе с производством и сферой деятельности оборонно-промышленного комплекса.

Спад экономики России в 90-е годы, объявленная конверсия, не дали российским производителям идти в ногу с Западом во время бурного развития новых тепловизионных технологий. Имевшиеся тогда еще советские разработки не уступали западным, но, увы, распад Союза республик сказался не только на экономике, но и на многих отраслях.

Сейчас разрыв заметно сокращен. И, как бы ни казалось парадоксальным, положительной динамики мы стали добиваться в режиме давления санкциями. Вопросы стратегического развития IT-отрасли стоят остро и находятся на особом контроле правительства, поскольку касаются национальной безопасности и независимости от импортных технологий.

Невзирая на вышеуказанные моменты, тепловизионная техника отечественного и лицензионного производства давно находит применение в «оборонке». Это оснащение тепловизорными прицелами, обзорными системами для оптического наблюдения и разведки. Оснащается сухопутная, летательная (включая беспилотники) техника, легкие и тяжелые катера.

Совершенно очевидно, что подобное оснащение поднимает на более высокий уровень боеспособность ВС. Имея в арсенале тепловизорные камеры, нет сложности вести учебные и боевые действия в условиях отсутствия видимости, обнаруживать условного или настоящего противника.

Можно использовать разного рода маскировку. Но скрыть следы жизнедеятельности – выдыхаемого воздуха, любого теплового следа невозможно. Даже мощность техники противника определяется по тепловому следу выхлопных газов.

Разработки в области тепловидения не останавливаются. Российские НПП  в 2016 году анонсировали серийное производство неохлаждаемых матриц отечественной разработки, которые заменят в дальнейшем лицензионные и французские микроболометры, что используются в тепловизионных комплексах на боевых машинах тяжелого российского вооружения. Применение  российских неохлаждаемых матриц позволяет создавать более компактные приборы и окончательно снимет зависимость от западных разработчиков и производителей тепловизионной аппаратуры.

 

Поскольку оборонная промышленность, это сложное и высокотехнологическое производство, оно нуждающееся в современных системах контроля. Даже на уровне создания микросхем, где печатные платы, микрорезисторы, где размеры элементов и связей определяются микронами, и очень сложно определить потенциальный или имеющийся дефект, тепловизионный контроль технологических операций повышает качество и надежность выпускаемой продукции. Любой дефект на микроскопическом уровне ведет к изменению теплового поля.

Тепловизор на контроле покажет перегретый элемент или участок, который может снизить надежность работы микросхемы. Подобная приемка применяется в радиоэлектронном производстве, которое, впрочем, тесно переплетается с оборонной промышленностью.

От этапа разработок, начала производства и сборки до сдачи продукции, вся оборонная техника подвергается подобному неразрушающему контролю с использованием высокоточной термо-диагностической аппаратуры. Не только техника, но и основания безкорпусных микросхем – кристаллы проходят измерение на тепловое сопротивление. Области разогрева выявляются при анализе распределения температурного поля. Теплограмма используется для оценки надежности кристаллического элемента.

Неразрушающие методы контроля в микроэлектронике разрабатывались еще в Советском Союзе. Целый ряд отечественных приборов с использованием тепловизионной аппаратуры для измерения теплового сопротивления, дефектоскопии полупроводниковых приборов и интегральных микросхем «работали» в оборонной и аэро - космической отрасли. Естественно, что подобные разработки использовались не только на производстве, но и на этапе конструкторских и технологических разработок для предварительной оценки надежности.

Об этом следует помнить, когда звучат обвинения в технологической отсталости нашей страны. Пусть мы упустили айфоны и айпады, но равных по космическим исследованиям нам не найдется, да и в боеспособности нашей техники никто не сомневается. А айфоны? Мы их приобретаем и в условиях санкций, а страны, заявляющие о своем мировом господстве, до сих пор не могут обойтись без наших космических разработок, включая ракетные двигатели.

Как тепловизионные системы используются в природоохранной сфере?

Почему тепловизоры стали настоящей находкой в природоохранной сфере? Контроль за состоянием лесных массивов для обнаружения очагов возгорания исполняется в разных вариантах, вплоть до слежения со спутников. Малоэффективные и дорогостоящие способы контроля зачастую не оправдывают себя, и слишком много печальных примеров с горящими лесами мы наблюдали совсем недавно. Этому способствовала реорганизация лесхозов и много других объективных и не очень причин.

Но профилактика возгораний или раннего обнаружения его источников, наконец, получила поддержку в виде новых технологий – тепловизора. Специальные высокочувствительные инфракрасные датчики улавливают тепловое излучение в любых условиях видимости, они фиксируют отклонения температуры от нормы, еще до стадии задымления. Сканируя обширную территорию с высотных сооружений, прибор подает данные на пульт в режиме реального времени.

Тепловизор стал играть ключевую роль в различных комплексах слежения за лесными массивами не только для предотвращения пожаров, но и для принятия эффективных мер по защите заповедников, парков и других объектов, которые относятся к природоохранным зонам. Они улавливают несанкционированное вторжение людей, техники, тем самым позволяя оперативно реагировать на нарушения периметра.

Наблюдать за миграциями, поведением животных так же помогает наблюдение в инфракрасном диапазоне. Многие животные проявляют активность в ночное время суток. Теперь наблюдать за их жизнью можно дистанционно. В конфигурации с видеокамерой получается весьма реальное изображение. Поскольку приборы отслеживают тепловой след, упрощается задержание браконьеров, можно диагностировать ранения у животных на расстоянии. Любая рана, это воспалительный процесс и на теплограмме оно сразу заметно.

Защита экологии тоже входит в природоохранный комплекс, поэтому, как выше мы уже упоминали – состояние воздуха, акваторий, находящихся под наблюдением аппаратуры, интегрированной с тепловизором, контролируется уже централизовано и более надежно. Конечно, говорить, что все вопросы в природоохранной сфере РФ решены с появлением тепловизора рано. Программы защиты только начинают работать, несколько тормозит этот процесс новый экономический спад, в условиях сложной политической обстановки. Но хорошо уже то, что прогресс не стоит на месте и, наконец, он не только негативно влияет на окружающую среду, а встает на ее защиту.

Какая связь между тепловизором и спортом?

Тепловизионная диагностика нашла широкое применение в спорте. Спортивные достижения отвоевываются в борьбе за сотые доли секунды, за каждый грамм и миллиметр. Невероятные нагрузки испытывают спортсмены, техника. Тестирование и контроль – без этого сложно представить соревнования. И новые технологии гармонично входят в спортивную индустрию по всем направлениям. Рассмотрим несколько примеров использования тепловизора в спорте, в организации состязаний.

Если вы осилили предыдущие разделы, то для вас очевидно, как можно тестировать технику тепловизором – смотреть на теплограмме не нормируемое повышение температуры на поверхности, узлах после заезда. Это позволяет оперативно выявить потенциальную поломку и провести замену запчасти.

О спецконтроле мы говорили выше, но с учетом того, что спортивные мероприятия это всегда большое скопление народа, организаторы принимают усиленные меры безопасности. Тепловизор, наряду с металлоискателями «считывает» наличие у болельщиков скрытых от визуального контроля опасных предметов. Тепловое излучение человека и (допустим) оружия, биты, стеклянной бутылки с горячительными напитками имеет разные показатели, и на мониторе все отображается в цветовой гамме. Человека можно обмануть, а вот технику очень сложно.

Перед проведением зимней Олимпиады в Сочи в 2014году, было принято решение об организации мер предотвращения возникновения эпидемий и вспышек вирусных заболеваний. Речь шла об оснащении пропускных пунктов на автодорогах, воздушных и морских портах городов Сочи и Адлера оборудованием с тепловизорами, что будут выявлять людей с повышенной температурой по аналогии с мерами в ключевых аэропортах во время сложной эпидемиологической ситуации.

Тепловизионная диагностика помогает определить у спортсменов индивидуальный уровень физической подготовки. Чем лучше подготовлен спортсмен, тем равномерней распределяется температура по телу во время нагрузки. Еще есть метод выявления потенциала у спортсменов. Связано это с максимальным потреблением кислорода (анаэробная производительность). Эти индивидуальные особенности выявляют по особой методике измерения температуры поверхности тела (спины в разных условиях нагрузки и покоя) при помощи термографии.

Многие зрители ТВ могли наблюдать в эфире тестирование тепловизором спортивной экипировки для участников последней летней Олимпиады в 2016 году. Одежда спортсмена не должна сдерживать теплообмен, сковывать движения, вбирать в себя пот. На большой экран было выведено тепловое видео, и зрители наряду с экспертами, в режиме реального времени смотрели на состояние спортсменов, которые бежали по беговой дорожке. Термограмма показала, что олимпийская экипировка, в отличие от традиционной одежды из х/б, способствует установлению рекордов. К сожалению, политика вмешалась и в спорт для наших легкоатлетов, не дав им шанса для триумфа. Но это совсем другая тема.

Спорт, это не только труд, но и конкуренция, которая порой бывает не совсем спортивной. Подобное не спортивное поведение велогонщиков с мировым именами совсем недавно пытались разоблачить журналисты итальянской и французской спортивной прессы при помощи тепловизора. Им удалось запечатлеть теплосъемкой наличие аномального тепла в совсем неподходящем месте на велосипедах у 7 спортсменов. У пяти они предположили наличие в раме батареек, а в каретке электромоторчик, у двух велосипедистов электромагнитную систему в заднем колесе. Но поскольку такой контроль не заявлен в спортивных протоколах, эти доказательства не были приняты как убедительные. Однако скандал имел место быть и возможно в дальнейшем такой теплоконтроль появится на велосипедных гонках.

Это интересно. Не секрет, что конный спорт, это большие ставки и огромные деньги. Чтобы заранее выявить победителя идут на многие хитрости. Например, используют наблюдения за скаковыми лошадями с помощью тепловизионой техники. Если после тренировки у лошади равномерное распределение температуры, то ее организм идеально балансирует нагрузку, она в отличной форме. Знатокам многое скажет и снимок, зафиксировавший распределение тепла во время скачек и больших нагрузок. Но если говорить о практической помощи тепловизора в конном спорте, это диагностика, локализация травм еще до клинических проявлений. Воспаления сухожилий, мышц, всегда сопровождаются изменениями температуры. Профилактические осмотры, наблюдение за динамикой лечения скакуна при помощи термодиагностики, это уже почти норма в конном спорте.

Тепловизоры в медицине, это миф или реальность?

В отличие от традиционных уже приборов диагностики здоровья – томографов, рентгеновских установок, получение изображения в инфракрасном излучении происходит без малейшего воздействия на пациента. Тепловизор лишь регистрирует излучение организма.

Разработка медицинских тепловизоров в России началась в конце шестидесятых годов XX века в НПП «Исток». И уже в восьмидесятые, отечественные разработки были внедрены в лечебные и профилактические учреждения для пассивной диагностики.

Диагностическая ценность термографии значительно увеличилась после появления возможности интегрировать тепловую съемку с компьютерными программными обеспечениями (ПО). Многие факторы влияют на изменение температуры кожи, включая метаболизм, работу лимфатической и сосудистой системы, и ПО помогает учитывать их влияние на клиническую картину, установить связь наружных эффектов на коже с процессами в органах и сосудах.

Более 150 заболеваний можно определить при помощи инфракрасного тепловидения. Медицинская термография, это особое направление в диагностике, благодаря широте диапазона медицинских исследований. Применение ее на профилактических осмотрах работников предприятий, показало наибольшую эффективность, чем целые комплексы анализов и исследований. Она информативно дополняет традиционные методы обнаружений многих патологий.

Достоверность, информативность диагноза на самой ранней стадии проявления болезни, еще до клинических проявлении и с отсутствием симптомов, при полной безопасности процедур для пациента и врача. Все мы помним меры предосторожности при прохождении рентгеновских обследований? Но диагностика не единственный вклад термографии в медицину.

Тепловизорная техника может использоваться неоднократно, для контроля динамики лечения. Все данные, с регистрацией показателей архивируются для дальнейшего сравнения и наблюдения процесса изменений. Врач может контролировать эффективность назначенного лечения, корректировать его.

Также ведутся наблюдения за реабилитацией послеоперационных больных, определяются методы восстановления, подбирается физиотерапия.

Все методики медицинской тепловизионной диагностики основываются на том, что температура живого организма, это основной и универсальный показатель его здоровья. Каждому типу заболевания, свойственна аномальная тепловая реакция. Характер болезни может быть разным, но правильное лечение во многом зависит от раннего диагноза и его точности.

Осталось добавить о лечении наших друзей меньших. В отличие от человека, животное не может рассказать о своей боли, указать на ее источник. А термограмма покажет, где болит, есть ли воспалительные процессы. Поэтому в ветеринарии подобные методы снятия теплограммы и ее расшифровки при помощи ПО, давно оценили и широко используют.

Как тепловизор помогает в фундаментальных и практических научных исследованиях?

Научные исследования, в фундаментальной и прикладной науке тесно переплетены, и зачастую граница между фундаментальными познаниями и прикладными исследованиями размыта и условна. Касается это многих сфер.

Например, вулканология, где тепловизор стал незаменимым помощником ученых. Для чего ежегодно снаряжаются экспедиции к действующим вулканам? Через исследования вулканов можно прийти к пониманию геологического строения Земли, реконструкции событий, определению цикличности их активности.

Наблюдение за вулканами увеличивает точность прогнозов извержений. Известно, что разогрев поверхности сигнализирует о приближающемся извержении. Тепловизор прекрасно «считывает» такие изменения, что позволяет отказаться от установки термодатчиков в опасной зоне, чтобы фиксировать спокойствие или повышение активности вулкана. На территории нашей страны – на Курильских островах есть несколько городов, что располагаются вблизи активных вулканов, и там измерительная аппаратура, в том числе и тепловизоры, помимо исследований, работает и на безопасность населения. И здесь фундаментальные исследования переходят в прикладные.

Жерла вулканов, это всегда потенциальная опасность для исследователей. Они остаются еще непредсказуемыми, вместе с теплом интенсивно выделяют ядовитые газы. Потоки лавы и выброс пепла, есть много причин, по которым не всегда можно подобраться к цели исследования. Специальная методика тепловизионных съемок, тепловизионные наблюдения помогают ученым минимизировать риски, ведя наблюдения с безопасного расстояния. Получить снимки активности вулкана с более близкого расстояния можно при помощи дронов с прикрепленным тепловизионным оборудованием.

Это интересно. Тепловизоры камер наблюдения космического аппарата Venus Express зафиксировали на Венере всплески температуры в нескольких точках, что позволило американским ученым сделать выводы о вулканической активности Венеры. Плотная атмосфера, с сильным парниковым эффектом и температурой воздуха на поверхности до 500^о С не стали преградой для получения тепловизионного снимка и последующей передачи его на землю.

Способы исследования тепловизором взяли на вооружение и историки с археологами. В конце 2016 года принято решение использовать тепловизионную съемку в музее-заповеднике Куликово поле для поиска захоронения воинов. Ученые надеются обнаружить могильники, которым уже шесть веков тем самым столкнуться с археологическими открытиями, получить новые исторические знания, пополнить музейные экспозиции.

В Египте стартовал проект исследования пирамид при помощи новых технологий, включая тепловизионные съемки. К работе археологов, для раскрытия Тайны пирамид привлечены японские, французские ученые. Египетские власти не скрывают, что этот проект поможет возродить туристический бизнес, который пострадал от политической нестабильности в стране. Как известно он приносил немалую долю в экономику Египта.

Как видим, примеров применения тепловизора в исследованиях множество, и зачастую фундаментальные исследования при помощи новых технологий плавно переходят в прикладные.

Как вступление в ВТО повлияло на использование ИК технологий в пищевой промышленности?

Требования к производству и хранению пищевых продуктов всегда жестко регламентировались и соблюдались. Вступление России во Всемирно торговую организацию (ВТО) повлекло за собой внедрение систем безопасности уже международного уровня и соблюдения принятых международных стандартов.

Поскольку температура, это один из основных параметров технологических процессов в пищевой промышленности, то и контроль над соблюдением температурного режима также обязательная составляющая производства и хранения. Вплоть самого момента попадания продукта к потребителю, производитель, а затем и продавец должны осуществлять температурный контроль. Он может быть выборочным или как постоянный мониторинг производства и специальных условий хранения.

На смену контактным датчикам, имеющим ряд недостатков, приходит тепловизионная аппаратура на основе инфракрасных датчиков, способных уловить тепловое излучение бесконтактным методом. В пищевом производстве задействованный диапазон температур от –30 до +400°С. Тепловое излучение в данном диапазоне недоступно человеческому зрению, но визуальный контроль, все же возможен при помощи тепловизорного оборудования.

Большие перспективы у подобного оборудования в системах автоматического производства пищевых продуктов. Этому способствует, широкий диапазон измеряемых температур, возможность подбирать параметры измерения для получения более точных данных о соблюдении температурного режима на разных технологических этапах процесса производства.

Инфракрасный датчик не контактирует с продуктом, на точность его работы не влияет доступность зоны контроля. Температуру изделий или сырья можно измерять, не нарушая цикл производства - дистанционно. Его работа не осложнена жесткими гигиеническими требованиями.

Например, проверив температуру замороженных, охлажденных полуфабрикатов или сырья, на соответствие нормативов поставки и складского хранения, можно далее вести контроль термической обработки, что совершенно недопустимо с контактными датчиками. Для выборочной проверки отгружаемой или получаемой продукции используются компактные инфракрасные приборы, которые просто можно носить в кармане. Как видим, ИК технологии открывают новые горизонты для обеспечения качества продуктов питания.

После вступления в ВТО, ужесточился контроль и над температурным режимом хранения продукции. Складское хранение осложняется, если на складе широкий ассортимент. Разные условия хранения должны быть подтверждены температурной картой складского помещения для пищевых продуктов. Для ее создания также используется тепловизионное оборудование. Термограмма во многих случаях может быть использована как приложение к официальному документу.

Как видим, ИК технологии открывают новые горизонты для обеспечения качества продуктов питания в новых рамках международных стандартов.

Как увидеть невидимое?

Человеческий глаз признан одним из совершенных оптических приборов. В приложение к нему Природа или Создатель предусмотрели и программное обеспечение. Скептики-материалисты приписывают этот дар эволюционным процессам. Так или иначе, мы видим световые излучения, мозг перерабатывает информацию, и перед нами каждое утро встает объемный мир, раскрашенный красками. Но для полного познания всех процессов, происходящих вокруг нас, недостаточно видимого человеческим глазам диапазона света от фиолетового до красного с рамками от 380 нм до 760 нм (длина световых волн воспринимающихся человеческим глазом).

Когда человек стал понимать, что видимый свет лишь малая часть, что за границами видимого есть ультрафиолетовые и инфракрасные лучи, он захотел расширить пределы своего зрения. И не просто зрения, но и познания. За границами нашего восприятия есть магнитное излучение, радиоволны и многое другое. Заглянуть «за кулисы» зрения, это не просто желание, а необходимость для развития науки и прогресса, обеспечивающих новый и безопасный уровень жизни человечества. Расширить границы познаний помогают современные приборы. Современное оборудование, новые технологии помогли и помогают разгадать многие загадки, приоткрыть занавесь в будущее.

Неоценимо вложение новых технологий в медицину, в производство и научные исследования. Многое уже вошло в обыденность будней, и многое еще активно развивается и внедряется. Оптическая визуализация невидимого сегодня не ограничена диапазоном воспринимаемым человеческим глазом – от уровня атомной кристаллической решетки до глубин космоса может увидеть человек, если его глаза «вооружены» современными приборами.

Как мы рассмотрели выше, одним из направлений в визуализации невидимого, является развитие ИК технологий. Тепловизор, по меркам истории совсем недавно вошел в нашу жизнь, но уже прочно завоевал позиции точного прибора для любой диагностики. От неразрушающего контроля на производстве, помощника в строительстве и утеплении, до клинических исследований в медицине и нового направления в искусстве – фотосъемки в инфракрасном диапазоне.

Тепловизионная аппаратура используется вулканологами и искусствоведами, службами спасения, охраны. Она на вооружении в армии и на охране границ. Стационарные приборы и мобильные устройства – у каждого своя задача и уровень возможностей. Дорогостоящие и доступные, профессиональные или в качестве девайса для любителей, они позволяют заглянуть в невидимое без малейшего вреда и воздействия.