Тепловизоры

Оглавление

Введение - 3 -

Классификация прибора - 6 -

Назначение прибора - 8 -

Тепловизионный  прицел   ПТ-9-01 - 10 -

Сравнение двух тепловизионных прицелов - 12 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Успехи, достигнутые за последнюю  четверть века в освоении инфракрасного  диапазона электромагнитного спектра, привели к созданию разнообразной  информационной аппаратуры, и в частности, тепловизоров - устройств, предназначенных  для наблюдения объектов по их собственному инфракрасному излучению. Предшественники  тепловизоров - теплогенераторы были способны только обнаруживать теплоизлучающие объекты и определять на них направление. По мере развития теплопеленгенераторов появилась возможность использовать их не только для указанных целей, но и для визуального наблюдения распределения температуры теплоизлучающих объектов и их опознания. Так совершился логический переход от теплогенераторов к тепловизорам. Возможность тепловизоров дистанционно оценивать температурные поля в реальном масштабе времени и без каких-либо нарушений тепловой среды, неизбежных при использовании контактных датчиков температуры, вызвала широкое применение тепловизоров в различных областях промышленного производства, научных исследованиях и в медицинской практике.

Все тела, температура которых отлична  от абсолютного нуля, являются источниками  инфракрасного излучения. Характер излучения зависит от агрегатного  состояния вещества. Спектры излучения  газов состоят, как правило, из отдельных  линий и полос, характерных для  данного газа. Линейчатые спектры  атомов и полосатые спектры молекул  проявляются только в том случае, когда газ находится в разреженном  состоянии. При увеличении связи  между частицами (например, при изменении  давления и температуры) линии и  полосы расширяются и становятся нерезкими.

Для спектров жидкостей характерно большое влияние межмолекулярного взаимодействия. Ширина полос возрастает и появляются новые полосы, отсутствующие в спектрах газов. У твердых тел вследствие сильного взаимодействия между молекулами спектры излучения становятся сплошными, так как линии поглощения оказываются широко размытыми и сливаются в полосы, а полосы — в участки сплошного спектра.

Инфракрасное излучение является частью оптического излучения и  занимает в спектре электромагнитных волн диапазон, характеризуемый длинами  волн от 0,76 до 1000 мкм.. В оптическое излучение входят также рентгеновское излучение (λ = 0,01...5 нм), ультрафиолетовое (λ = 0,005...0,40 мкм) и видимое (λ = 0,40...0,76 мкм). Составляющие видимого излучения имеют следующие диапазоны длин волн: красная — 0,76...0,62 мкм; оранжевая — 0,62...0,59 мкм; желтая — 0,59...0,56 мкм; зеленая — 0,56... ...0,50 мкм; голубая — 0,50...0,48 мкм; синяя — 0,48...0,45 мкм и фиолетовая — 0,45...0,40 мкм.

Инфракрасное излучение занимает весьма протяженную спектральную область, примыкая с одной стороны к  видимому излучению, а с другой —  электромагнитным колебаниям радиодиапазона. Инфракрасную область спектра принято  делить на четыре части: ближнюю (λ = 0.76...3 мкм), среднюю(λ = 3...6 мкм), дальнюю (λ= 6...15 мкм) и очень далекую (λ = 15...1000 мкм).

Инфракрасное излучение так  же, как и видимый свет, распространяется в однородной среде по прямой линии, подчиняется закону обратных квадратов, может отражаться, преломляться, претерпевать дифракцию, интерференцию и поляризацию. Скорость распространения инфракрасных лучей равна скорости света.

Характеризуя излучение тепловых источников, выделяют три вида излучателей: абсолютно черное тело, серые тела и селективные излучатели. Абсолютно  черное тело — это идеализированное понятие. При данной температуре  оно испускает и поглощает  теоретически возможный максимум излучения.

У большинства твердых тел, особенно у диэлектриков, полупроводников  и окислов металлов, распределение  энергии излучения по спектру  имеет такой же характер, как и у абсолютно черного тела. Такие тела называют «серыми». Они характерны тем, что отношение их энергетической светимости к энергетической светимости абсолютно черного цвета, имеющего такую же температуру, не зависит от длины волны и называется коэффициентом теплового излучения.

Строго говоря, серых тел также  в природе не существует, однако в ограниченных спектральных диапазонах многие тела с достаточной для  практики точностью можно считать  серыми. Введение понятия «серого  тела» позволяет использовать законы теплового излучения, выведенные для  абсолютно черного тела. Аналогичное  допущение делают и при рассмотрении излучения селективных излучателей, для которых коэффициентом теплового  излучения считают условную величину, зависящую от ряда параметров излучателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Классификация прибора

Тепловизоры делятся на:

• Стационарные. Предназначены для применения на промышленных предприятиях для контроля за технологическими процессами в температурном диапазоне от −40 до +2000 °C. Такие тепловизоры, зачастую имеют азотное охлаждение, для того, чтобы обеспечить нормальное функционирование приемной аппаратуры. Основу таких систем составляют, как правило, тепловизоры третьего поколения, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.
• Переносные. Новейшие разработки в области применения тепловизоров на базе неохлаждаемых микроболометров из кремния, позволило отказаться от использования дорогостоящей и громоздкой охлаждающей аппаратуры. Эти приборы обладают всеми достоинствами своих предшественников, таких как малый шаг измеряемой температуры (0,1 °C), при этом позволяют применять тепловизоры в сложных оценочных работах, когда простота использования и портативность играют очень большую роль. Большинство портативных тепловизоров имеют возможность подключения к стационарным компьютерам или ноутбукам для оперативной обработки поступающих данных.

 

Тепловизоры часто путают с приборами ночного видения, хотя разница между ними существенна. Классический прибор ночного видения  позволяет ориентироваться при  низком уровне освещенности, усиливая свет, попадающий в объектив. Во многих случаях яркий объект, оказавшийся  в поле зрения, «слепит» прибор. С  этим пытаются бороться, иногда — хорошо, иногда — в недорогих массовых приборах — не очень. Тепловизор же в свете не нуждается. Он, конечно, может быть использован в качестве прибора ночного видения, только задача здесь решена иначе. Известная  философская конструкция о темноте  как об отсутствии света взята в тепловизионной технике на вооружение: смотрим на то, что есть, в данном случае на тепло.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение прибора

Тепловизоры —  устройство для наблюдения за распределением температуры исследуемой поверхности. Распределение температуры отображается на дисплее (или в памяти) тепловизора как цветовое поле, где определённой температуре соответствует определённый цвет. Как правило, на дисплее отображается диапазон температуры видимой в объектив поверхности. Типовое разрешение современных тепловизоров — 0,1 °C. 

В отличие от изображений в видимой  и ближней инфракрасной областях спектра, полученных за счет отраженного  излучения объекта и различий в отражательной способности  его элементов и отражающего  фона, тепловые (инфракрасные) изображения  создаются за счет собственного теплового  излучения объекта и определяются различиями в температуре и излучательной способности его элементов и окружающего фона. Изменения температуры поверхности излучения объекта в определенной мере соответствуют деталям визуально наблюдаемой картины, поэтому создаваемые тепловизором изображения в основном отвечают представлениям о форме и размерах рассматриваемых объектов.

В наиболее бюджетных моделях тепловизоров, информация записывается в память устройства и может быть считана через интерфейс подключения к компьютеру. Такие тепловизоры обычно применяют в паре с ноутбуком или персональным компьютером и программным обеспечением, позволяющим принимать данные с тепловизора в режиме реального времени

Различают наблюдательные и измерительные  тепловизоры. Первые просто делают изображение  в инфракрасных лучах видимым  в той или иной цветовой шкале. Измерительные тепловизоры, кроме  того, присваивают значению цифрового  сигнала каждого пиксела соответствующую  ему температуру, в результате чего получается картина распределения  температур

 

Тепловизоры применяют во всех отраслях промышленности, где необходимо обеспечить качественный контроль за технологическими процессами производства. Они позволяют оперативно и своевременно отслеживать тепловые изменения, происходящие в отдельно взятых частях машин или механизме в целом. При этом, повышение температуры может быть расценено, как знак к возрастанию нагрузки, после чего может быть принято решение об остановке эксплуатации устройства.

Тепловизор должен входить в  стандартный набор инструментов технических инженеров, осуществляющих тепловой контроль на предприятиях. Специально для этих целей были разработаны портативные высокопроизводительные тепловизоры, которые позволяют с высокой степенью точности оценивать изменения температуры объекта в режиме реального времени. Небольшие размеры и вес подобных устройств позволяют применять их на выездных мероприятиях, когда доступ к стационарному оборудованию затруднен.

В 2008-2009 годах тепловизоры  начали употреблять на практике для  распознания человека с повышенной температурой в толпе. Это было необходимо во время эпидемий вируса гриппа, когда  инфицированный человек нес особую опасность для окружающих. В настоящее  время тепловизоры также используют в нейрохирургии.

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловизионный  прицел   ПТ-9-01 

Данный прицел был разработан Российской компанией «ФАРВИЖН», которая осуществляет инновационную деятельность в области оптической и оптико-электронной техники для государственных служб РФ. 

Прицел ПТ-9-01 - это ночной прицел профессионального качества. Тепловизор обнаруживает излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра, и на основе этого излучения создает изображение, позволяющее четко разделять объекты с разницей температур всего в 0,08 °C. Тепловизионный прицел ПТ-9-01 обнаруживает цель при сложных погодных условиях (снегопад, сильный дождь). Прекрасно зарекомендовал себя при наблюдении за объектами в условиях, когда ночные приборы, работающие в отраженном свете, малоэффективны (туман, задымление, полная темнота).

Тепловизор не нуждается  в дополнительных источниках света, а потому сохраняет эффективность, как днём, так и ночью. Возможно использование прибора при наличии  световых помех, включая распознавание  цели вблизи ярких источников света, при этом прицел не боится «засветок».

Благодаря своим параметрам и характеристикам тепловизионный ночной прицел ПТ-9-01 имеет широкий диапазон применения: ночная/дневная охота, наблюдение за местностью, охрана объектов.

Характеристики  прицела:

- Регулировка яркости  дисплея;

- Время выхода на рабочий  режим - 5 сек.;

- В сумерках и ночное  время суток прицельная марка  подсвечивается красным цветом;

- 3-х кратное оптическое  увеличение;

- Микроболометрическая матрица 384х288 пикселей;

- Время работы от одного  комплекта батарей более 5 часов;

- Защита окуляра от  песка и пыли;

- Легкий и прочный герметичный  корпус;

- Прицел устойчив на  крупных калибрах;

- Возможна адаптация к  любому виду оружия;

- Прибор не требует  никаких источников света;

- Не "ослепляется" никакими  световыми помехами;

- Может использоваться, как  портативный прибор наблюдения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнение двух тепловизионных прицелов

В данной главе я хочу сравнить характеристики прицела из предыдущей главы и прицела, разработанного частной фирмой «ЦЭК», FORTUNA S80.

Сначала я хочу немного  рассказать о самом прицеле. Тепловизионный прицел FORTUNA профессиональный оптический прицел с возможностью адаптации на любые типы оружия, который может использоваться и как универсальный наблюдательный прибор с возможностью записи изображения. Прибор используется для ночной и дневной охоты и наблюдений за местностью в сложных погодных условиях, а также при наличии препятствий, затрудняющих обнаружение цели (густой кустарник, высокая трава).

Принцип действия тепловизионного прицела FORTUNA заключается в получении инфракрасного изображения объектов, находящихся на местности, в режиме реального времени. Устройство одинаково эффективно действует как в дневное, так и в ночное время без необходимости во внешнем освещении. Детектор прибора способен обнаруживать источник теплового излучения в условиях недостаточной видимости и в полной темноте. Использование традиционных приборов ночного видения значительно осложняется в плохих метеоусловиях из-за поглощения электромагнитного излучения в ближней ИК-области. Тепловизионный прицел FORTUNA обнаруживает цель при любой погоде (снегопад, сильный дождь, туман), а также распознает объект сквозь кустарники и пылевые завесы, поэтому во время охоты добыча не скроется от вас ни в траве, ни в завесе тумана. Возможно использование прибора при наличии световых помех, включая распознавание цели вблизи ярких источников света.

Характеристики  прицела:

- Герметичное водо- и пыленепроницаемое исполнение;

- Визуальное увеличение до 10 крат;

- Мощные объективы диаметром 50/83/105 мм;

- Матрица с высоким разрешением 384х288;

- непрерывная работа от одной Li-ion батареи свыше 6 часов;

- Диоптрийная настройка в диапазоне – 6…+4;

- Легкий прочный корпус из магниевого сплава;

- устойчивость прибора на крупных калибрах, таких как .375H&H, .416Rigby;

- Возможна адаптация к  любому виду оружия;