|
|
Тепловизор – компактный и универсальный прибор для наблюдения за распределением температуры на обследуемой поверхности. С помощью тепловизора можно «заглянуть внутрь» ограждающих строительных конструкций, выявить в них мостики холода и дефекты, обнаружить наличие и источник аномального нагрева или охлаждения, проверить герметичность новых зданий и сооружений, а также оценить работу электросетей, систем отопления и вентиляции. Все это выполняется методом дистанционного неразрушающего контроля. Результаты отображаются на экране прибора или сохраняются во встроенной памяти для дальнейшего использования. Например, для анализа конструкций или предъявления обоснованных претензий к строителям.
Историческая справка
Прежде чем начать рассказ о возможностях тепловизора, а также разобраться в вопросе выбора необходимого прибора, сделаем небольшой экскурс в теорию и историю. Как известно, все тела излучают электромагнитные волны с разной длиной. За тепловое излучение «отвечает» инфракрасная часть спектра, которую обнаружил в 1800 году английский астроном Уильям Гершель.
Открытие он совершил, «расщепив» солнечный свет призмой и поместив термометр в область, расположенную за красной полосой видимого спектра. Поэтому излучение получило название инфракрасного, от латинской приставки infra-, означающей «ниже чего-то», «расположенной под чемто». В данном случае ниже полосы красного спектра. Открытие английского астронома стало фундаментом термографии – получения тепловых изображений. Однако от открытия инфракрасного излучения до практического применения термографии и появления тепловизоров прошло немало времени.
Первые тепловизоры появились, разумеется, у военных. Например, в СССР одним из первых относительно массовых тепловизионных приборов стал разработанный в 30-е годы XX века теплопеленгатор «Солнце-1», предназначенный для обнаружения и сопровождения надводных целей (кораблей) в темное время суток. К сожалению, прибор не получил распространения как из-за сложности изготовления, так и из-за недостатков, к числу которых специалисты отнесли ограниченные поисковые возможности (прибор обнаруживал суда на очень малой дистанции) и отсутствие индикации. Источник теплового излучения выявлялся оператором по повышению шума в наушниках при последовательном осмотре горизонта.
Наши дни
Устройство современных тепловизоров отличается от их военных прародителей и больше напоминает цифровые фото- и видеокамеры: в едином корпусе установлены все основные части прибора – объектив, матрица (сенсор), аккумуляторные батареи, цветной экран (дисплей) и разъемы для подключения к компьютеру и зарядному устройству. Объектив «собирает» тепловое излучение и фокусирует его на матрице.
Полученные данные о распределении температуры на исследуемой прибором поверхности обрабатываются электроникой и отображаются на экране тепловизора в виде цветной картинки (называемой термограммой), где определенный цвет соответствует определенной температуре. Нагретые объекты отображаются теплыми цветами (красный, желтый), холодные – холодными цветами (синий и фиолетовый).
Обычное стекло плохо пропускает инфракрасное излучение, поэтому для изготовления элементов объективов тепловизоров используют специальные материалы, в частности германий. Оптические детали, изготовленные из данного материала, достаточно дорогие, поэтому объектив вносит значительный вклад в общую стоимость тепловизора. Основными характеристиками объектива являются возможность фокусировки (ручной фокус, автофокус и свободный/фиксированный фокус) и угол зрения. Объектив с ручной фокусировкой и автофокусом можно настроить на любой выбранный объект и гарантированно получить его четкое и контрастное изображение. Работая с тепловизорами без автофокуса, получить четкое изображение можно, лишь устанавливая прибор на определенном расстоянии от обследуемой поверхности.
Для тепловизионной съемки больших по размеру конструкций с близкого расстояния (например, в цеху) используют широкоугольные объективы с полем зрения более 40°. Для работы с удаленными объектами используются, наоборот, длиннофокусные объективы (телеобъективы), которые позволяют с больших расстояний «рассмотреть» детали обследуемой поверхности. Однако у таких объективов небольшой угол зрения – как правило, около 10–12°. Объектив тепловизора бывает сменным или несменным. В первом случае имеется возможность устанавливать объективы с разными углами зрения, выбирая необходимый под текущие условия работы. Однако это достаточно дорогостоящее решение, и потому на многих приборах, особенно начального ценового уровня, объективы несменные.
Наиболее технологически сложным (и, как следствие, самым дорогим) элементом тепловизора является матрица. Ее стоимость может составлять 40–60% от общей стоимости прибора. Назначение матрицы – преобразовывать полученное через объектив тепловое излучение в электрический сигнал.
В современных тепловизорах используются твердотельные матрицы разных технологических поколений. Самые «продвинутые» невосприимчивы к «засвечиванию» солнечными лучами. Одной из важнейших характеристик матрицы является разрешение. Чем оно больше, тем крупнее получается термограмма, и на ней лучше различимы небольшие детали, например мостики холода. Однако разрешение матрицы напрямую влияет на цену прибора: чем оно больше, тем выше стоимость. Размер матриц приборов начального уровня – 80х60 точек, наиболее совершенных – 1024х768 точек. Приборы среднего уровня имеют матрицы от 120х160 до 240х180 точек.
Еще одной принципиальной характеристикой прибора является допустимый температурный диапазон применения.
У бюджетных приборов он составляет от –20 до +250…300 °С. Профессиональные тепловизоры имеют более широкий температурный диапазон: от –40 до +1200 °С и более. Это позволяет использовать тепловизоры не только для работы на стройках, но и в промышленности.
Ключевым элементом любого тепловизора является аккумуляторная батарея (АКБ).
Часть производителей устанавливает в приборы аккумуляторы формата АА, а часть – собственного, оригинального форм-фактора. К числу последних относится, например, компания Fluke. Достоинством АКБ формата АА является доступность и распространенность. Но аккумуляторы оригинального форм-фактора удобнее вписываются в конструкцию тепловизора, их емкость, как правило, рассчитана на более продолжительную работу прибора – в течение рабочей смены.
Некоторые производители снабжают свои тепловизоры зарядным устройством, действующим от автомобильной сети 12 В.
Полученное тепловизором изображение выводится на встроенный жидкокристаллический экран, который может быть жестко зафиксирован в корпусе или вращаться на шарнире, подобно встроенному экрану видеокамеры. Размер экрана (как правило, его диагональ составляет от 3 до 6 дюймов) никак не связан с размером матрицы, и судить по нему о размере и качестве матрицы не стоит.
Хранение термограмм осуществляется либо во встроенной памяти прибора, либо на карте памяти. Объем встроенной памяти большинства приборов ограничен и рассчитан на хранение небольшого количества термограмм, как правило, это несколько десятков снимков, а основная запись ведется на стандартную SD-карту. Разные производители комплектуют свои приборы картами памяти разного объема: от 10 до 128 Гб. SD-карта – решение не самое новое, ведь сегодня на рынке представлены карты памяти с меньшими размерами, но для использования на стройке подобная миниатюрность скорее вред, чем польза, так как потерять, к примеру, карту формата микро-SDHC очень просто. Некоторые модели тепловизоров имеют дополнительные USB-разъемы, посредством которых можно подсоединить к прибору стандартные флеш-накопители.
Многие тепловизоры оснащены дополнительной встроенной фотокамерой со своим объективом и матрицей. Такое конструктивное решение позволяет с одной точки выполнить съемку двух типов – в видимом и инфракрасном спектре. Дальнейшее наложение этих снимков друг на друга облегчает расшифровку и интерпретацию термограммы.
Отличительные черты
Наибольшее распространение тепловизоры получили в энергетике и при строительстве в районах со сложными климатическими условиями, например в Сибири и зонах вечной мерзлоты. В таких районах самые жесткие требования к качеству построек, и прежде всего к их теплозащитным свойствам, что обусловливает применение тепловизионного контроля на разных этапах возведения здания. Это позволяет определить возможные проблемные места и ликвидировать их с наименьшими потерями.
Однако сегодня и в средней полосе России тепловизионное обследование здания стало распространенной практикой как для крупных строительных организаций, так и для небольших фирм, дорожащих своей репутацией. В частности, оно широко практикуется в малоэтажном строительстве – при сооружении стен и перекрытий каркасных домов или утепленных скатных (мансардных) крыш. В этом случае теплоизоляцию, обычно в виде волокнистых плит или матов, укладывают в пространство между деревянными балками, и зачастую по небрежности строителей или в силу сложной геометрии утепляемой конструкции, требующей кропотливой подрезки плит или матов, могут оставаться промерзающие участки конструкции. Промерзание чревато снижением комфорта для обитателей дома и увеличением затрат на обогрев здания в холодное время года.
Своевременное тепловизионное обследование таких конструкций на этапе строительства позволит предотвратить появление мостиков холода, а если речь идет об уже построенном доме, то оно поможет их устранить.
Сложность устройства современных строительных конструкций, большой объем выполняемых строителями работ, а также высокая цена их ошибки объясняют тот факт, что даже в условиях кризиса на рынке существует спрос на достаточно сложные и дорогие тепловизоры. Например, Fluke и FLIR.
Приборы этих компаний имеют матрицы (сенсоры) последнего поколения, невосприимчивы к засветке солнцем. Большой размер матриц и наличие автофокуса позволяют проводить дистанционную съемку с наименьшими трудозатратами.
В качестве примера таких приборов можно привести Fluke Ti400. Он имеет сменный объектив, автофокус и матрицу 320х240 точек, что, по мнению специалистов, является минимальным набором характеристик для прибора, предназначенного для профессионального использования.
Помимо фото- и тепловизионной съемки такой прибор позволяет выполнять видеосъемку в видимом и ИК-диапазоне спектра излучения, а также сохранять результаты термографии в файлах популярного формата AVI. Это упрощает анализ результатов.
К числу достоинств прибора относится наличие слота для карты памяти и USB-разъема для флеш-накопителей. При термографии нескольких объектов можно записывать информацию о каждом из них на свой накопитель и хранить его отдельно.
Надо сказать, что приборы Fluke традиционно отличаются надежностью и эргономичностью. Так, компания гарантирует сохранение работоспособности своей техники после падения с двухметровой высоты. Отдельного упоминания заслуживает пластиковое кольцо, предназначенное для защиты объектива, и оригинальная крышка объектива. Она откидывается на шарнире таким образом, что не мешает работе с прибором. Потерять такую крышку тоже невозможно. При постоянной работе с тепловизором рука человека напрягается, поэтому очень облегчает работу фирменный ремешок, позволяющий в процессе работы, не выпуская тепловизор из рук, расслабить пальцы. В комплекте поставки тепловизора имеется два аккумулятора, которых при полной зарядке хватает на полный рабочий день (8 часов).
Другой подход к конструированию тепловизоров можно увидеть в приборах testo, например, в модели 872. Прежде всего, обращает на себя внимание цена тепловизора – относительно невысокая при том же, что и у моделей конкурентов, разрешении матрицы (320х240 точек) и аналогичном оснащении. Особенностью приборов testo является технология testo SuperResolution, которая за счет создания серии последовательных снимков (сделанных естественным движением руки) и их математической обработки увеличивает размер изображения.
В случае модели 872 разрешение термограмм увеличивается до 640х480. Встроенный в тепловизор модуль беспроводной связи Bluetooth/WLAN и бесплатное приложение testo Thermograhy App для мобильных устройств позволяют устанавливать связь с планшетом или смартфоном и дистанционно управлять тепловизором: создавать и пересылать компактные отчеты, а также сохранять их в Сети. Для повышения информативности термограмм имеется возможность работы в контакте с некоторыми другими приборами. Например, по Bluetooth в тепловизор автоматически могут передаваться данные измерений с токоизмерительных клещей и термогигрометра. Также testo 872 имеет дополнительные функции автоматического определения коэффициента излучения (функция testo Ɛ – Assist) и сравнения термограмм (testo ScaleAssist). Последняя помогает избежать ошибки при интерпретации термограмм, вызванных неверной оценкой шкалы температур. Подобные приборы востребованы у предприятий ЖКХ, управляющих компаний и небольших строительных фирм.
Организации, осуществляющие электротехнические и электромонтажные работы, используют тепловизоры для контроля нагрева и состояния электропроводки и электрооборудования под нагрузкой. Поставленные задачи обычно не требуют матриц больших размеров и высокого разрешения, а вот стоимость приборов для таких организаций играет принципиальную роль. Поэтому предпочтение отдается, как правило, тепловизорам с небольшой матрицей. Часто тепловизоры применяют совместно с токоизмерительными клещами.
Это позволяет не только обнаружить нагрев электропроводки, но и определить, при каких условиях он происходит. Впрочем, во многих случаях для электротехнических работ предпочтительнее более дорогие, но и более совершенные приборы. Так, выпускаются мультиметры с тепловизорами, например Fluke 279.
Прибор имеет жидкокристаллический дисплей 3,5 дюйма и позволяет измерять напряжение переменного/постоянного тока, сопротивление, целостность цепи, емкость конденсатора, выполнять проверку диодов и проч. Встроенный тепловизор с матрицей 80х60 точек позволяет быстро и безопасно выявлять аномальный нагрев электроцепей или электрооборудования.
Альтернативой комбинированному прибору может стать более доступный мультиметр и тепловизор. Например, мультиметр testo 760-1 и тепловизор testo 865. Мультиметр позволяет решить все наиболее важные электротехнические измерительные задачи.
К его особенностям относятся использование функциональных кнопок вместо стандартного поворотного переключателя и автоматическое распознавание подключенного щупа. Это обеспечивает удобство эксплуатации и исключает риск выбора некорректных настроек. Тепловизор имеет матрицу с разрешением 160х120 пикселей, широкий температурный диапазон от –20 до +280 °С и возможность настройки коэффициента излучения материала.
Вопрос выбора
Как мы видим, тепловизоры – это большая группа приборов с разным техническим уровнем и с разными возможностями.
Проблематично найти универсальный прибор, который подойдет для всех случаев применения. При выборе прибора стоит определиться, какие именно задачи с его помощью придется решать. Если тепловизор предполагается использовать для обследования крупных объектов, то необходим прибор с большой матрицей (минимум 320х240 точек), выдерживающей засветку солнцем, и набором сменных объективов, а также АКБ большой емкости с возможностью замены в полевых условиях. Такой прибор позволит уменьшить перемещение по объекту и увеличить производительность труда.
Для применения в строительстве, когда количество термограмм не столь велико, можно использовать прибор попроще, с матрицей, имеющей сравнительно небольшое количество пикселей. Впрочем, матрицу с разрешением менее чем 160х120 точек не имеет смысла брать, поскольку ограниченные возможности прибора скажутся на термограмме: невозможно будет «увидеть» весь объект целиком и различить мостики холода. Приборы с минимальной матрицей востребованы электриками.
Важный элемент любого тепловизора – это объектив. Необходимо его подбирать таким образом, чтобы с доступных точек съемки охватить весь объект. Если обследование сооружений и сетей топливно-энергетического комплекса или работа в цеху не предполагаются, то можно ограничиться несменным объективом без автофокуса со стандартным полем зрения около 30°. Такой тепловизор позволит выполнить термограмму небольшого дома или коттеджа и получить «портрет» дома в ИК-спектре.
Стоит обращать внимание на второстепенные по отношению к размеру матрицы и оптическим характеристикам объектива характеристики и свойства прибора.
Например, тип и емкость аккумуляторных батарей. Привычные АКБ формата АА – простое и доступное решение, но оно не подходит для профессионального использования: не хватает емкости. Поэтому придется носить большое количество сменных аккумуляторов или покупать недешевые щелочные батареи.
Дополнительное программное обеспечение (ПО) даст возможность провести анализ или дополнительную обработку полученных данных. Например, выделить участки с температурой ниже точки росы. Как правило, ПО доступно для ноутбуков на Windows и MacOS и планшетов на iOS и Android.
К числу полезных опций также относится встроенный фонарик для подсветки объекта съемки (или перемещения в неосвещенном помещении) и лазерный маркер (указка), с помощью которого можно точно направить тепловизор на исследуемый объект.
Например, предполагаемое место с пониженной или, наоборот, повышенной температурой поверхности.
Правила использования
При всей своей высокотехнологичности тепловизоры достаточно простые и интуитивно понятные в работе приборы. При их использовании необходимо лишь следовать достаточно простым правилам: не направлять тепловизор на солнце, а также следить за тем, чтобы разница температуры объекта измерения и температуры воздуха составляла не менее 5–6 °С. Предпочтительное время работы с тепловизором – после восхода солнца, с ранней осени до поздней весны. Летом, когда солнечные лучи прогревают и землю, и постройки, тепловизор на стройке не так эффективен.
Определенной подготовки требует расшифровка и анализ термограмм. Поэтому, если тепловизор предполагается использовать в коммерческих целях, например для энергетического аудита зданий и сооружений, необходимо пройти обучение в профильном учебном центре по программе «Инфракрасная термография» с аттестацией по действующим в России правилам аттестации персонала ПБ 03-440-02. Начальные уровни (1-й и 2-й) предполагают обучение в течение 1–2 недель.
Тепловизионные приставки для смартфонов
Популярность современных тепловизоров привела к появлению нового класса приборов: тепловизионных приставок для смартфонов (или планшетов) на базе iOs и Android. Пока такие устройства представлены ограниченным числом моделей, выпускаемых компаниями FLIR и Seek Thermal.
Подобная приставка представляет собой небольшой тепловизор массой около 40 г, который при помощи разъема USB OTG крепится на смартфоне. Собственного монитора и встроенной памяти прибор не имеет, изображение выводится на экран мобильного устройства. Разрешение матрицы небольшое и составляет 160х120 пикселей у приставки FLIR и 206х156 пикселей у Seek Thermal. Объектив имеет фиксированный фокус. Бесплатное программное обеспечение позволяет производить с помощью приставки фото- и видеосъемку в инфракрасном режиме. Достоинствами таких приставок являются небольшие размеры и сравнительно невысокая цена, сопоставимая со стоимостью смартфона. Однако, по мнению специалистов, такие приборы существенно уступают специализированным тепловизорам по точности измерений, функционалу, удобству работы. Приставки не внесены в Государственный реестр средств измерений РФ и в настоящее время не подходят для профессионального использования.
С помощью тепловизора можно выявить участки строительных конструкций, подверженные риску образования плесени. Например, углы, стены, фрагменты потолков
Во избежание неправильных показаний прибора нежелательно работать тепловизором вблизи слишком нагретых или слишком холодных объектов. Также не стоит выполнять измерение в сильно ветреную погоду
Наибольшую эксплуатационную гибкость обеспечивают тепловизоры с большой матрицей (от 320х240 точек) и сменной оптикой. Такие приборы прекрасно подойдут для применения и в промышленности, и на стройке, и для энергетического аудита
Комментарий специалиста
Дмитрий Старовойтов, руководитель отдела технических продаж и службы сервиса России и СНГ компании Fluke:
«Профессиональное использование тепловизоров предъявляет достаточно жесткие требования к приборам. Тепловизор Должен не только безотказно отработать Рабочий день, но и выдерживать работу В жестких условиях окружающей среды, А также обладать удобным и понятным Оператору интерфейсом. Мы считаем, Что невозможно выбирать тепловизор, Только изучив его основные технические Характеристики. С прибором необходимо хоть немного поработать, подержать В руках. Рассмотрим, например, такой Важный параметр, как наклон встроенного Экрана. При его неоптимальном значении Оператор будет постоянно «доворачивать» Прибор, что приведет к большей нагрузке На мышцы рук и увеличит утомляемость Оператора при длительных работах. Определить, какой тепловизор «сядет» В руку, а какой нет, можно только при Непосредственном изучении прибора. Кроме того, мы считаем, что выбором Прибора должен заниматься либо опытный Оператор, либо ответственный за тепловизионную съемку инженер. Поэтому для покупателей Fluke имеется возможность Трехдневного теста, по истечении которого Принимается решение о покупке у партнера или возврате».
Комментарий специалиста
Иван Рачинский, старший менеджер Центра прямых продаж ООО «Тэсто Рус»:
«При покупке тепловизора необходимо реально оценивать свои потребности и финансы и не гнаться за наиболее продвинутой и современной моделью. Однако покупать самый дешевый прибор тоже не стоит. Скромная матрица и оптика самых доступных моделей не позволяют получить полноценную термограмму, а тем более использовать ее, например, в спорах заказчика со строителями. Дело здесь не только в ограниченных возможностях таких приборов, но еще и в том, что использовать в арбитраже можно только данные тепловизоров, внесенных в Государственный реестр средств измерений РФ. В частности, в него внесены приборы testo. Термограммы же nonameприборов можно применять только для собственного контроля за теми или иными конструкциями или инженерными сетями. Кроме того, стоит обратить внимание на «второстепенные» характеристики, такие как возможности программного обеспечения и совместимость прибора с различными гаджетами и компьютерами. Так, программное обеспечение IRSoft и бесплатное мобильное приложение testo Thermography App от testo предоставляют широкие возможности по анализу, обработке термограмм и наложению их на реальные фотографии, а также по подготовке профессиональных отчетов».
Редакция благодарит компании Fluke и testo за помощь в подготовке материала
Текст: Максим Кубай
|
|
