Физические явления в переработке сельскохозяйственного сырья. Кейс №1.5 «Тепловизор»

1. Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Бутурлиновская средняя общеобразовательная школа.

«ФИЗИКА И ХИМИЯ ПИЩИ;АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМПЛЕКС, ПИЩЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»
Физические явления в переработке сельхоз сырья.
Кейс№1.5
«Тепловизор»
Выполнила: Попов Владислав Николаевич и Григоренко Дмитрий Владимирович, обучающиеся 11 «А» класса.
Руководитель: Абрамова Тамара Ивановна
Учитель физики ВВК
МБОУ Бутурлиновская СОШ.
Бутурлиновка
2015-2016

2. Что такое тепловизор?

• Тепловизор — устройство для наблюдения за
распределением температуры исследуемой поверхности.
Распределение температуры отображается на дисплее как цветная
картинка, где разным температурам соответствуют разные цвета.
Изучение тепловых изображений называется термографией.
Тепловизор - это устройство для съемки изображений в
инфракрасном диапазоне волн. Т.е., по другому говоря,
тепловизор - это оптико-электронная система,
предназначенная для получения видимого изображения
объектов, испускающих невидимое тепловое
(инфракрасное) излучение

3.

История создания
Первые тепловизоры были созданы в 30-х гг. 20 века. Принцип действия тепловизора
основан на преобразовании инфракрасного излучения в электрический сигнал,
который усиливается и воспроизводится на экране индикатора.
В 70-х гг. созданы тепловизоры, в которых тепловое изображение переводится в
видимое непосредственно на экране, покрытом светочувствительным веществом
(люминофоры, жидкие кристаллы, полупроводниковые пленки). Тепловизоры
используются для определения местоположения и формы объектов, находящихся в
темноте или в оптически непрозрачных средах.
Современные тепловизионные системы начали свое развитие в 60-е годы XX столетия.
Первыми были созданы тепловизоры с оптико-механическим сканированием
мгновенного поля зрения, формируемого объективом и одноэлементным приемником
излучения. Такие устройства были крайне непроизводительны и позволяли наблюдать
за происходящими в объекте температурными изменениями с очень низкой скоростью

4.

Первый тепловизор

5. Виды тепловизоров

Все тепловизоры делятся на измерительные и наблюдательные.
Наблюдательные приборы, к примеру, тепловизоры flir и подобные аппараты других известных брендов, способны передать
изображение объекта в той или иной цветовой шкале в условиях темноты и при непрозрачной оболочке. Их применяют для систем
охраны и охоты
Измерительные устройства способны показать распределение температур по всему объекту, так как каждый пиксел передаваемого ими
на экран изображения соответствует реальной температуре конкретного участка. Используются для энергетического аудита, контроля.
Что касается мобильности, то есть стационарные и переносные тепловизоры. Самыми востребованными и удобными считаются
переносные устройства. Они сумели себя отлично зарекомендовать в работе.
Стационарные тепловизоры представляют собой сложные агрегаты, которые обычно устанавливаются на больших промышленных
объектах. В тех зонах, где необходимо проводить непрерывный контроль над различными процессами. Эти приборы рассчитаны на
широкий диапазон температур, от -30 до +2000 градусов
Наблюдательный тепловизор
Измерительный тепловизор

6.

Принцип работы тепловизора
Тепловизор – это прибор для измерения различия температур на определенном участке, не требующий
никаких дополнительных действий и мероприятий. Любой предмет температурой выше нуля градусов
передает электромагнитное излучение. Если вычислить интенсивность этого излучения, можно выяснить
абсолютную температуру. Инфракрасный приемник излучения является сердцем тепловизора. Он может
перевести колебания излучения в графическое изображение и высчитать по нему температуру.
Так возникает спектрозональная картина, отражающая реальное распределение температур по различным
частям строительной конструкции. Это форма изложения обычно называется тепловым изображением или
термограммой. Обычно цвета распределяют таким образом, что более светлые (красный, желтый) цвета
показывают более высокую температуру, а более темные (синий, зеленый) – низкую. Если этот метод
используется для экспертизы отапливаемого или наоборот остывающего здания, то он называется
термография здания.

7.

Датчик
Как правило, тепловизоры строятся на основе специальных матричных датчиков температуры — болометров. Они представляют собой матрицу
миниатюрных тонкопленочных терморезисторов. Инфракрасное излучение, собранное и сфокусированное на матрице объективом тепловизора,
нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта. Пространственное разрешение
коммерчески доступных болометрических матриц достигает 1280*720 точек. Коммерческие болометры обычно делают неохлаждаемыми для
уменьшения цены и размеров оборудования.
Существуют также сканирующие тепловизоры. В них система из движущихся зеркал последовательно проецирует на датчик излучение от каждой
точки наблюдаемого пространства. Датчик может быть одноэлементным, линейкой чувствительных элементов или небольшой матрицей. Для
увеличения чувствительности и снижения инерционности датчики сканирующих тепловизоров охлаждают до криогенных температур. Лучшие
охлаждаемые датчики способны реагировать на единичные фотоны и имеют время реакции менее микросекунды.
Температурное разрешение современных тепловизоров достигает сотых долей градуса Цельсия.
Различают наблюдательные и измерительные тепловизоры. Наблюдательные тепловизоры показывают только градиенты температур объекта.
Измерительные тепловизоры позволяют измерить значение температуры заданной точки объекта с точностью до коэффициента излучения
(англ.)русск. материала объекта. Измерительные тепловизоры требуют периодической калибровки, для чего зачастую снабжены встроенным
устройством для калибровки матрицы, обычно в виде шторки, температура которой точно измеряется. Шторка периодически надвигается на
матрицу, давая возможность откалибровать матрицу по температуре шторки.
Оптика
Поскольку обычное оптическое стекло непрозрачно в среднем ИК диапазоне, оптику тепловизоров делают из специальных материалов. Чаще
всего это германий, но он дорог, поэтому иногда используют халькогенидное стекло или даже полиэтилен. В лабораторных целях оптику также
можно делать из некоторых солей, например поваренной соли, также прозрачной в требуемом диапазоне длин волн.

8.

Объектив
Болометр

9.

Применение тепловизоров
Контроль утечки энергоресурсов
Современные тепловизоры нашли широкое применение как на крупных промышленных предприятиях, где необходим
тщательный контроль за тепловым состоянием объектов, так и в небольших организациях, занимающихся поиском
неисправностей сетей различного назначения. Так, сканирование тепловизором может безошибочно показать место отхода
контактов в системах электропроводки.
Особенно широкое применение тепловизоры получили в строительстве при оценке теплоизоляционных свойств конструкций.
Так, к примеру, с помощью тепловизора можно определить области наибольших теплопотерь в строящемся доме и сделать
вывод о качестве применяемых строительных материалов и утеплителей.
Прибор ночного видения
Тепловизоры применяются вооруженными силами в качестве приборов ночного видения для обнаружения теплоконтрастных
целей (живой силы и техники) в любое время суток, несмотря на применяемые противником обычные средства оптической
маскировки в видимом диапазоне (камуфляж). Тепловизор стал важным элементом прицельных комплексов ударной армейской
авиации и бронетехники. Применяются и тепловизионные прицелы для ручного стрелкового оружия, хотя в силу высокой цены
широкого распространения они пока не получили.
Тепловизионный прицел для стрелкового оружия.
Хорошо видна характерная германиевая линза
Тепловизионный снимок кирпичного фасада для оценки
потерь тепла

10.

Медицина
В 1980-е годы были разработаны методы применения тепловизоров для диагностики различных заболеваний.
Выпускаемый в те годы отечественной промышленностью тепловизор ТВ-03 имел широкое применение в различных
лечебно-профилактических учреждениях. ТВ-03 был первым тепловизором, нашедшим применение в
нейрохирургии. В современной медицине тепловизор используется для выявления патологий, плохо поддающихся
диагностике другими способами, в том числе для обнаружения злокачественных опухолей.
С 2008—2009 гг. тепловизоры начали также активно использовать для выделения из толпы лиц инфицированных
вирусом гриппа
Спасательные службы
Тепловизоры применяют пожарные и спасательные службы для поиска пострадавших, выявления очагов горения,
анализа обстановки и поиска путей эвакуации.
Пожарный с тепловизором
Тепловизор в медицине

11.

Тепловизоры в металлургии
Контроль температурных режимов доменных печей, прокатных станов, сталь ковшей, футеровок и т.д.
Диагностика миксеров, снижение расходов огнеупоров. Обследование энергохозяйства комбинатов.
Контроль качества стали — Инфракрасные камеры могут четко различать посторонние включения, замерять значения температуры на
поверхности расплавленной стали, что обеспечивает дополнительный анализ производственного процесса и резко повышает качество
производства.
Обнаружение прорыва — тепловизоры точно определяют области, имеющие чрезвычайно высокую температуру на поверхности
вышеупомянутого оборудования. Выводя на экран зоны повышенной температуры, инфракрасная камера помогает оператору
установить точное место нахождения, размер и серьезность повреждений.
Контроль труб — В металлургической промышленности для транспортировки холодной и горячей воды, газа и других веществ, широко
применяются различные трубы. Любые дефекты труб, такие как затор, эрозия или протечка вызывают неравномерное распределение
температуры по поверхности трубы, что легко обнаруживается тепловизором с помощью метода термографии. Поэтому, если чтолибо не в порядке с трубами, пользователь может сразу же это исправить.
Пользователи могут, кроме того, пользоваться тепловизорами для оценки качества трубной изоляции с целью экономии энергии.

12.

Тепловизоры в энергетике
Контроль и диагностика дефектов дымовых труб — Тепловизионная (инфракрасная) диагностика дымовых труб позволяет выявить скрытые (внутренние)
дефекты, которые невозможно определить традиционными способами обследования: локальное отсутствие тепловой изоляции между стволом и
футеровкой, места засоренности вентилируемого канала, сквозные нарушения газоотводящих стволов. Тепловизионные обследование дымовой трубы
проводится в процессе ее эксплуатации с целью изучения состояния ее конструкций, для своевременного обнаружения и локализации дефектов и
повреждений, а также определения необходимости профилактического или аварийного ремонта и его объема.
обнаружение дефектных контактов соединений коммутационных аппаратов и ошиновки распределительных устройств;
проверка контактных соединений проводов ВЛ (обследование с вертолета);
Состояние статоров генераторов;
контроль систем охлаждения трансформаторов, электродвигателей, генераторов, выпрямителей и т.п.;
состояние щеточных аппаратов генераторов;
проверка маслонаполненного оборудования;
теплоизоляция турбин, паро- и трубопроводов;
обнаружение мест подсосов холодного воздуха;
обнаружение забитости труб поверхностей нагрева котлов перед проведением кислотной промывки;
контроль состояния теплотрасс;
проверка эффективности работы градирен;
определение характеристик тепловых полей водохранилищ.