Принцип действия, устройство и области применения тепловизоров

1.

*
1. Общие сведения о термографии и тепловизорах
2. Принцип действия тепловизора
3. Структура и конструкция тепловизора
4. Характеристики основных элементов тепловизора
5. Функции органов управления и настроек тепловизора
6. Области применения тепловизоров

2.

Инфракрасная термография
Инфракрасная термография – это наука использования
электронно - оптических устройств для регистрации и
измерения излучения и сопоставления его с температурой
поверхностей. Излучение – это передача тепла в виде
лучистой
энергии
(электромагнитных
волн)
без
промежуточной среды, используемой для передачи.
Современная инфракрасная
термография использует
электронно-оптические устройства для измерения потока
излучения и вычисления температуры
поверхности
обследуемых конструкций или оборудования.
Поскольку люди имеют физиологические ограничения
способности
чувствовать
тепло,
были
разработаны
сверхчувствительные к тепловому излучению механические
и электронные устройства. Эти устройства стали обычными
для проведения теплового контроля при решении
бесчисленного количества задач.

3.

Тепловизор – устройство, с помощью которого получают
тепловое изображение объекта контроля в инфракрасной
области спектра без непосредственного контакта с объектом
(рис. 1).
Рисунок 1 – Схема получения теплового изображения
объекта контроля с помощью тепловизора

4.

В тепловизорах используют матричные приемники
излучения (матрицы в фокальной плоскости). Матрицы в
фокальной плоскости состоят из массива (обычно
прямоугольного) инфракрасных приемников излучения,
расположенных в фокальной плоскости объектива (рис. 2).
Рисунок 2 – Элементы измерительного
канала тепловизора
Типичные матричные приемники
излучения современных тепловизоров
имеют размеры от 16х16 до 640х480
пикселей. Пиксель является самым
маленьким
элементом
матричного
приемника излучения, который может
улавливать инфракрасное излучение.
Для решения специальных задач
используют приемники излучения, размеры которых превышают 1000х1000
элементов.

5.

Первое число представляет собой количество вертикальных
колонок, а второе – количество горизонтальных линий,
отображаемых на дисплее. Например, матрица размером
160х120 элементов в сумме имеет 19200 пикселей.
Длинноволновые тепловизоры – это тепловизоры, которые
чувствительны к инфракрасному излучению в диапазоне
длин волн от 8 до 15 мкм. Средневолновые тепловизоры –
это тепловизоры, чувствительные к инфракрасному
излучению в диапазоне длин волн от 2,5 мкм до 6 мкм. В
настоящее время существуют как длинноволновые, так и
средневолновые тепловизионные системы, часто с функцией
наложения
изображений
и
высокой
температурной
чувствительностью (0,05 °С). Практически все современные
инфракрасные системы используют программное обеспечение для облегчения анализа и подготовки отчетов. Отчеты
можно создать и отправить в электронном виде, либо
сохранить на цифровом устройстве для хранения данных.

6.

Принцип действия тепловизора
Инфракрасное излучение фокусируется с помощью оптики
тепловизора на приемнике излучения, который формирует
сигнал, обычно в виде изменения напряжения или
электрического сопротивления. Сигнал приемника регистрируется электроникой тепловизионной системы.
Параллельно сигнал приемника излучения тепловизора
преобразуется в электронное изображение (термограмму),
которое отображается на экране дисплея. Термограмма – это
изображение объекта, обработанное электроникой для
отображения на дисплее таким образом, что различные
градации цвета соответствуют распределению инфракрасного
излучения по поверхности объекта. Таким образом, можно
увидеть термограмму, которая соответствует тепловому
излучению, поступающему на приемник излучения с
поверхности объекта контроля.
На рис. 3 представлено тепловизионное изображение
анализируемого объекта.

7.

а)
б)
Рисунок 3 – а) Обследование объекта с помощью тепловизора,
б) тепловизионное изображение объекта

8.

Структура и конструкция тепловизора
Типовая структура тепловизора имеет несколько
общих для всех подобных приборов компонентов,
включающих объектив, приемник излучения, дисплей,
устройства обработки информации, органы управления,
устройства хранения данных. Эти компоненты могут
изменяться в зависимости от типа и модели тепловизионной системы. В состав тепловизионной системы
входит также программное обеспечение для обработки
данных и создания отчетов.
Для переноски и хранения тепловизор помещают в
футляр, в котором переносят также вспомогательное
оборудование для использования в полевых условиях и
средства программного обеспечения.
На рис. 4 представлена конструкция тепловизора.

9.

Рисунок 4 – Конструкция тепловизора

10.

Объектив тепловизора собирает инфракрасное излучение
и фокусирует его на приемнике излучения. Приемник
излучения выдает сигнал и создает электронное (тепловое)
изображение или термограмму. Объектив тепловизора
используется для того, чтобы собрать и сфокусировать
приходящее инфракрасное излучение на приемнике
излучения.
Объективы
большинства
длинноволновых
тепловизоров изготовлены из германия. Пропускание
объективов улучшается за счет тонкопленочных просветляющих покрытий. Тепловое изображение отображается на
жидкокристаллическом дисплее (ЖКД), расположенном на
тепловизоре. Дисплей должен иметь большой размер и
высокую яркость, чтобы изображение на нем можно было
легко увидеть в различных условиях освещенности. На
дисплее отображается дополнительная информация: дата,
время, температура объекта (в °F, °C, или K), видимое
изображение и цветовая шкала температур.

11.

Приемник излучения и схемы обработки сигнала
используются для превращения инфракрасного излучения в
полезную информацию. Тепловое излучение от объекта
фокусируется на приемнике излучение, который обычно
изготовлен из полупроводниковых материалов. Тепловое
излучение генерирует измеряемый сигнал на выходе
приемника излучения. Сигнал обрабатывается электронными
схемами тепловизора, чтобы на дисплее прибора появилось
тепловое изображение.
С помощью органов управления можно установить
разнообразные
настройки
для
улучшения
теплового
изображения на дисплее. В электронном виде изменяются
такие настройки, как диапазон температур, тепловой уровень
и диапазон, цветовая палитра и настройки слияния
изображения. Также можно установить значение коэффициента излучения и отраженной фоновой температуры.
На рис. 5 показаны органы управления и настроек
параметров тепловизора.

12.

Рисунок 5 - Органы управления и
настроек параметров
тепловизора
Файлы, содержащие тепловые
изображения
и
дополнительные
данные, сохраняются на различных
типах электронных карт памяти или
устройств хранения и передачи
данных. Инфракрасные тепловизионные системы позволяют сохранять
дополнительные голосовые и текстовые данные, а также соответствующее видимое изображение,
полученное с помощью встроенной
камеры, работающей в видимом
спектре.

13.

Программное обеспечение, которое используется в
современных тепловизионных системах, является многофункциональным и удобным для пользователя.
Цифровые тепловые и видимые изображения
импортируются на персональный компьютер, где их можно
просмотреть с использованием различных цветовых палитр,
произвести другие настройки всех радиометрических
параметров, а также воспользоваться функциями анализа.
Обработанные изображения можно вставить в шаблоны
отчетов и либо отправить на принтер, либо сохранить в
электронном виде, или отправить по различным каналам
заказчику.

14.

Области применения тепловизоров
Тепловизоры широко используют в теплоэнергетике, электроэнергетике,
нефте- и газодобывающих отраслях, в строительстве и т. д. Тепловизор
незаменим там, где необходим дистанционный контроль теплового
состояния физических объектов и систем, состояния которых связаны с
температурой и градиентами температур. С помощью тепловизора
успешно решаются задачи диагностирования предаварийных и
аварийных состояний, а также задачи энергоэффективности и
энергосбережения. На рис. 6…….. приведены примеры термограмм
различных объектов, служащих основой для анализа состояний
различных объектов. В частности, на рис.6… приведены термограммы
поверхности различных частей и графики распределения температур
котла ДЕ 16/14.

15.

Фронт котла: (нижний барабан)

16.

Фронт: (верхний барабан):

17.

18.

Тыл котла:

19.

Объект:
КТП 2х630
присоединение:
Трансформатор № 1
Дефектный
узел:
Опрессовка кабеля, присоединенного к
вводу 10 кВ трансформатора, фаза "С".
Обл. 2: 27,9 оС
Обл. 1: 47,2оС
Дефектный узел:
Нижнее болтовое соединение
автомата с шиной, фаза "В".

20.

21.

Котельный цех
(передний план)

22.

Котельный цех:
(левое крыло)

23.

Котельный цех
(тыльная сторона)