Термография

Эта статья о технике инфракрасной визуализации. Техника печати под названием Thermography см. Термографическую печать . Для термографии в медицине см. Неконтактную термографию .

Термограмма традиционного здания на заднем плане и « пассивный дом » на переднем плане

Инфракрасная термография ( IRT ), тепловое видео или тепловая визуализация - это процесс, в котором тепловая камера захватывает и создает изображение объекта, используя инфракрасное излучение, излучаемое из объекта в процессе, которые являются примерами о инфракрасной науки визуализации . Термографические камеры обычно обнаруживают излучение в длинно- инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 9 000–14 000 нанометров или 9–14 мкм ) и создают изображения этого излучения, называемых термограммами . Поскольку инфракрасное излучение испускается всеми объектами с температурой выше абсолютного нуля в соответствии с черного тела законом излучения , термография позволяет увидеть окружающую среду с видимым освещением или без него. Количество излучения, испускаемого объектом, увеличивается с температурой; Следовательно, термография позволяет увидеть изменения температуры. При просмотре через камеру тепловой визуализации теплые объекты хорошо выделяются с более прохладным фоном; Люди и другие теплые животные становятся легко видимыми против окружающей среды, днем ​​или ночью. В результате термография особенно полезна для военных и других пользователей Камеры наблюдения .

Термограмм кошки

Некоторые физиологические изменения в людях и других теплокровных животных также можно контролировать с помощью термической визуализации во время клинической диагностики. Термография используется в обнаружении аллергии и ветеринарной медицине . Некоторые практикующие альтернативные медицины способствуют его использованию для скрининга молочной железы , несмотря на предупреждение FDA , что «те, кто выбирает этот метод вместо маммографии, могут упустить шанс обнаружить рак на самой ранней стадии». Правительственный и аэропортский персонал использовал термографию для обнаружения предполагаемых случаев свиного гриппа во время пандемии 2009 года.

Теплоизображение камера и экран. Термическая визуализация может обнаружить повышенную температуру тела, один из признаков вируса H1N1 ( свиной грипп ).

Термография имеет долгую историю, хотя ее использование резко возросло благодаря коммерческому и промышленному применению за последние пятьдесят лет. Пожарные используют термографию, чтобы увидеть дым , чтобы найти людей и локализовать основание пожара. Специалисты по техническим обслуживанию используют термографию, чтобы найти перегрев суставов и участки линий электропередачи , которые являются признаком надвигающегося сбоя. Специалисты строительства здания могут видеть тепловые сигнатуры, которые указывают на тепло утечки в неисправной теплоизоляции и могут использовать результаты для повышения эффективности единиц отопления и кондиционирования воздуха.

Внешний вид и работа современной термографической камеры часто похожи на видеокамеру . Часто живая термограмма раскрывает изменения температуры, настолько четко, что для анализа не нужна фотография. Поэтому модуль записи не всегда встроен.

Специализированные теплоизолизованные камеры используют фокальные плоскости (FPA), которые реагируют на более длинные длины волны (инфракрасные и длинные длинные). Наиболее распространенными типами являются INSB , Ingaas , HGCDTE и QWIP FPA. В новейших технологиях используются недорогие, неотсыщенные микроболометры в качестве датчиков FPA. Их разрешение значительно ниже, чем у оптических камер, в основном 160x120 или 320x240 пикселей , до 1280 x 1024 Для самых дорогих моделей. Камеры теплоизображения гораздо дороже, чем их аналоги с видимым спектром, и более высокие модели часто ограничены экспортом из-за военного использования для этой технологии. Старые болометры или более чувствительные модели, такие как INSB, требуют криогенного охлаждения, как правило, миниатюрным холодильником цикла Стирлинга или жидким азотом .

Тепловая энергия

Сравнение теплового изображения (вверху) и обычной фотографии (внизу). Пластиковый пакет в основном прозрачен к длинноволновой инфракрасной инфракрасной области, но очки человека непрозрачны.

Эта термограмма показывает чрезмерное нагрев на терминале в промышленном блоке предохранителя.

Тепловое изображение, показывающее изменение температуры на воздушном шаре

Тепловые изображения, или термограммы, на самом деле являются визуальными дисплеями количества инфракрасной энергии, передаваемой, передачи и отражаемого объектом. Поскольку существует несколько источников инфракрасной энергии, трудно получить точную температуру объекта, используя этот метод. Теплоизображение способна выполнять алгоритмы для интерпретации этих данных и создавать изображение. Хотя изображение показывает зрителя аппроксимацию температуры, при которой работает объект, камера фактически использует несколько источников данных на основе областей, окружающих объект, чтобы определить это значение, а не обнаружить фактическую температуру.

Это явление может стать яснее при рассмотрении формулы:

Падающая сияющая мощность = испускаемая сияющая мощность + передаваемая сияющая мощность + отраженная сияющая мощность;

Там, где падающая сияющая мощность - это профиль сияющей мощности при просмотре через камеру тепловой визуализации. Излучаемая сияющая мощность, как правило, предназначена для измерения; Переданная сияющая мощность - это сияющая мощность, которая проходит через субъект из удаленного теплового источника, и; Отраженная сияющая мощность - это количество сияющей мощности, которая отражает поверхность объекта из удаленного теплового источника.

Это явление происходит повсюду, все время. Это процесс, известный как сияющий теплообмен, поскольку сияющая мощность × время равняется сияющей энергии . Однако в случае инфракрасной термографии приведенное выше уравнение используется для описания лучистой мощности в рамках спектральной полосы волны в используемой камере тепловой визуализации. Требования к излучающему теплообмену, описанные в уравнении, применяются одинаково на каждой длине волны в электромагнитном спектре .

Если объект излучает при более высокой температуре, чем его окружение, то перенос мощности будет проходить , и мощность будет излучать от тепла в холод в соответствии с принципом, указанным во втором законе термодинамики . Поэтому, если в термограмме есть прохладная область, этот объект будет поглощать излучение, излучаемое теплым объектом.

Способность излучать объектов называется излучательной способностью , поглощать радиацию называется абсорбтивностью . В условиях наружной среды также может потребоваться рассмотреть конвективное охлаждение от ветра при попытке получить точное температурный показатель.

В следующей камере теплоизображения будет использоваться серия математических алгоритмов. Поскольку камера может видеть только электромагнитное излучение, которое невозможно обнаружить с помощью человеческого глаза , она построит изображение в зрителе и записывает видимую картинку, обычно в формате JPG .

Чтобы выполнить роль неконтактного рекордера температуры, камера изменит температуру рассматриваемого объекта с настройкой излучательной способности.

Другие алгоритмы могут быть использованы для влияния на измерение, включая способность передачи передающей среды (обычно воздух) и температуру этой передающей среды. Все эти настройки будут влиять на окончательный выход для температуры рассматриваемого объекта.

Эта функциональность делает камеру тепловизионной визуализации отличным инструментом для обслуживания электрических и механических систем в промышленности и коммерции. Используя правильные настройки камеры и, будучи осторожным при захвате изображения, могут быть отсканированы электрические системы, и могут быть найдены проблемы. Разломы с паровыми ловушками в системах отопления пара легко расположены.

В зоне экономии энергии теплоизолизованная камера может делать больше. Поскольку он может видеть эффективную температуру излучения объекта, а также то, что этот объект исходит, он может помочь определить источники тепловых утечек и перегретых областей.

Излучательная способность

Использование - это термин, который часто неправильно понимается и неправильно используется. Он представляет собой способность материала выделять тепловое излучение и является оптическим свойством вещества .

Каждый материал имеет различную излучательную способность, которая может варьироваться в зависимости от температуры и инфракрасной длины волны. Например, поверхности чистых металлов обладают излучательной способностью, которая уменьшается на более длинных длин волн; Многие диэлектрические материалы, такие как кварц (SIO ₂ ), сапфир (AL ₂ O ₃ ), фторид кальция (CAF ₂ ) и т. Д., имеют излучательную способность, которая увеличивается на более длинной длине волны; Простые оксиды, такие как оксид железа (Fe ₂ O ₃ ), демонстрируют относительно плоскую излучающую способность в инфракрасном спектре.

Эмиссионность материала может варьироваться от теоретического 0,00 (совершенно не излучающего) до одинаково теоретического 1,00 (полностью излучение). Примером вещества с низкой излучательной способностью будет серебро, с коэффициентом излучения 0,02. Примером вещества с высокой излучательной способностью будет асфальт с коэффициентом излучательной способности 0,98.

Черное тело - это теоретический объект с излучательной способностью 1, который излучает тепловое излучение, характерное для его температуры контакта. То есть, если температура контакта термически однородного радиатора черного тела составляла 50 ° C (122 ° F), черное тело испускало бы тепловое излучение, характерное для 50 ° C (122 ° F).

Термограмма змеи, удерживаемой человеком

Обычный объект излучает меньше инфракрасного излучения, чем теоретическое черное тело. Фракция его фактической излучения в теоретическое излучение (черного тела) - это излучательная способность (или коэффициент излучательной способности).

Чтобы сделать температуру измерения объекта с использованием инфракрасного изображения, необходимо оценить или определить излучательную способность объекта. Для быстрой работы термограф может ссылаться на таблицу излучения для данного типа объекта и ввести это значение в Imager. Затем Иимпер рассчитывал бы температуру контакта объекта на основе значения, введенного из таблицы, и излучения объекта инфракрасного излучения, обнаруженного Imager.

Чтобы получить более точное измерение температуры, термограф может применить стандартный материал известной высокой излучения на поверхность объекта. Стандартный материал может быть таким же сложным, как спрей для промышленной излучения, производимый специально для этой цели, или такой же простой, как стандартная черная изоляционная лента , с излучательной способностью около 0,97. Затем известная температура объекта может быть измерена с использованием стандартной излучательной способности. При желании фактическая излучательная способность объекта (в части объекта, который не покрывается стандартным материалом) может быть определена путем настройки настройки изображения к известной температуре. Однако существуют ситуации, когда такой тест на излучение невозможен из -за опасных или недоступных условий. В этих ситуациях термограф должен полагаться на столы.

Камеры

Изображение померанца , взятого в среднем инфракрасном («термическом») свете ( ложном цвете )

Термографическая камера (также называемая инфракрасной камерой или тепловой камерой , тепловая камера или тепловая обработка ) представляет собой устройство, которое создает изображение с использованием инфракрасного (ИК) излучения, аналогично обычной камере , которая образует изображение, используя видимый свет . Вместо диапазона 400–700 нанометровых (нм) камеры видимой световой камеры инфракрасные камеры чувствительны к длинам волн примерно от 1000 нм (1 микрометр или мкм) до около 14 000 нм (14 мкм). Практика захвата и анализа предоставляемых ими данных называется термографией .

Типы

Термографические камеры могут быть широко разделены на два типа: те, у кого детекторы с охлаждением инфракрасных изображений и те, у кого нетоооооооооооо.

Охлажденные инфракрасные детекторы

Термографическое изображение нескольких ящериц

Теплоизображение камера и экран, в терминале аэропорта в Греции. Тепловая визуализация может обнаружить лихорадку , один из признаков инфекции .

Охлаждаемые детекторы обычно содержатся в вакуумном случае или на Dewar и криогенно охлаждены. Охлаждение необходимо для работы используемых полупроводниковых материалов. Типичные рабочие температуры варьируются от 4 K (-269 ° C) до чуть ниже комнатной температуры, в зависимости от технологии детектора. Большинство современных детекторов охлаждения работают в диапазоне 60 Kelvin (K) до 100 K (от -213 до -173 ° C), в зависимости от типа и уровня производительности.

Без охлаждения эти датчики (которые обнаруживают и преобразуют свет почти так же, как общие цифровые камеры, но изготовлены из разных материалов) были бы «ослеплены» или затоплены их собственным радиацией. Недостатки охлажденных инфракрасных камер заключаются в том, что они дороги как для производства, так и для бега. Охлаждение является одновременно энергоемким и трудоемким.

Камере может потребоваться несколько минут, чтобы остыть, прежде чем она сможет начать работать. Наиболее часто используемыми системами охлаждения являются кулеры Peltier , которые, хотя и неэффективны и ограничены в охлаждающей способности, являются относительно простыми и компактными. Для получения лучшего качества изображения или для изображений низкотемпературных объектов криокулеры, криоколевые, криоколевые олавки необходимы . Хотя охлаждающий аппарат может быть сравнительно громоздким и дорогим, охлажденные инфракрасные камеры обеспечивают значительно превосходное качество изображения по сравнению с необработанными, особенно предметов вблизи или ниже комнатной температуры. Кроме того, большая чувствительность охлажденных камер также позволяет использовать более высокие линзы F-Number , что делает высокопроизводительные линзы длинных фокусных расстояний как меньше, так и дешевле для охлажденных детекторов.

Альтернативой холодильникам двигателя Stirling является использование газов, бутылка, при высоком давлении, а азот является обычным выбором. Газ под давлением расширяется с помощью микроразмерного отверстия и передается по миниатюрному теплообменнику, что приводит к регенеративному охлаждению с помощью эффекта джоул-Томсона . Для таких систем поставка газа под давлением является материально -технической проблемой для использования в полевых условиях.

Материалы, используемые для обнаружения охлажденных инфракрасных поручений, включают фотоспункты, основанные на широком диапазоне узких полупроводников с узкими зазорами, включая антимонид индий (3-5 мкМ), арсенид индийского арсенида , теллурид ртути (MCT) (1-2 мкМ, 3-5 мкМ, 8-12 (MCT) (1-2 мкМ, 3-5 мкМ, 8-12 мкм), сульфид свинца и селенид свинца .

Инфракрасные фотоодекторы могут быть созданы со структурами полупроводников с высокой полосой полосы, таких как инфракрасные фотоспункты квантовой скважины .

Существует ряд сверхпроводящих и не подпроводящих охлаждающих технологий болометров.

В принципе, сверхпроводящие туннельные устройства соединения могут использоваться в качестве инфракрасных датчиков из -за их очень узкого разрыва. Небольшие массивы были продемонстрированы. Они не были широко приняты для использования, потому что их высокая чувствительность требует тщательного защиты от фонового излучения.

Сверхпроводящие детекторы обеспечивают чрезвычайную чувствительность, с некоторыми способными регистрировать отдельные фотоны. Например, ESA сверхпроводящая камера (мошенничество) . Тем не менее, они не регулярно используются за пределами научных исследований.

Неотложные инфракрасные детекторы

Неотъемные тепловые камеры используют датчик, работающий при температуре окружающей среды, или датчик, стабилизированный при температуре, близкой к окружающей среде, используя небольшие элементы контроля температуры. Современные неотсыщенные детекторы используют датчики, которые работают при изменении сопротивления , напряжения или тока при нагревании инфракрасным излучением. Эти изменения затем измеряются и сравниваются со значениями при рабочей температуре датчика.

Неотложные инфракрасные датчики могут быть стабилизированы до рабочей температуры, чтобы снизить шум изображения, но они не охлаждаются до низких температур и не требуют громоздких, дорогостоящих, энергетических криогенных охладителей. Это делает инфракрасные камеры меньше и дешевле. Однако их разрешение и качество изображения имеют тенденцию быть ниже, чем детекторы охлаждения. Это связано с различиями в их процессах изготовления, ограниченных доступными в настоящее время технологией. Неотложная тепловая камера также должна иметь дело с собственной тепловой подписью.

Неотложные детекторы в основном основаны на пироэлектрических и сегнетоэлектрических материалах или технологии микроболометра . Материал используется для формирования пикселей с высокой температурой свойствами, которые термически изолированы из окружающей среды и чтения в электронном виде.

Тепловое изображение парового локомотива

Ферроэлектрические детекторы работают вблизи температуры фазового перехода материала датчика; Температура пикселя читается в виде высокой температурной поляризационной заряды. Достигнутый NetD сегнетоэлектрических детекторов с оптикой F/1 и датчиками 320x240 составляет 70-80 мк. Возможная сборка датчика состоит из титаната бария, связанного с полиимидным теплоизолированным соединением.

Силиконовые микроболометры могут достигать NetD до 20 мк. Они состоят из слоя аморфного кремния , или тонкоплентного оксидного элемента ванадия (V), подвешенного на кремниевом нитридном мосту над сканирующей электроникой на основе кремния. Электрическое сопротивление чувствительного элемента измеряется один раз на кадр.

Совершенствование текущих массивов с неохлажденными фокальными плоскостями (UFPA) сосредоточено главным образом на более высокой чувствительности и плотности пикселей. В 2013 году DARPA объявила о пятимикронной камере LWIR, которая использует массив фокальной плоскости 1280 x 720 (FPA). Некоторые из материалов, используемых для массивов датчиков, являются аморфным кремнием (A-SI), ванадием (V) оксидом (Vox), Lanthanum barium manganite (LBMO), цирконат цирконат титанат (PZT), легированный танталат цирконат цирконат цирконат (PLZT), свинца (PST), синханат титанат (PLT), свинцовый титанат (PT), свинцовый цинк niobate (pzn), свинцовый титанат (Pt), свинцовый цинк niobate (pzn), lead strontium titanate (PSrT), barium strontium titanate (BST), barium titanate (BT), antimony sulfoiodide (SbSI), and polyvinylidene difluoride (PVDF).

Спецификации

Некоторые параметры спецификации системы инфракрасной камеры-это количество пикселей , частота кадров , ответственность , шумо-эквивалентная мощность , разница в температуре, эквивалентные шума (NETD), спектральная полоса, отношение расстояния к пятнам (D: S), минимальное расстояние фокусировки , время жизни датчика, минимальная разница в температурах (MRTD), поле зрения , динамический диапазон , входная мощность и масса и объем.

Разница от инфракрасного фильма

ИК -пленка чувствительна к инфракрасному (IR) излучению в диапазоне от 250 до 500 ° C (от 482 до 932 ° F), в то время как диапазон термографии составляет приблизительно от -50 до 2000 ° C (от -58 до 3632 ° F). Таким образом, чтобы ИК -пленка работала термографически, измеренный объект должен составлять более 250 ° C (482 ° F) или отражать инфракрасное излучение от чего -то, по крайней мере, такого горячего.

Изображение инфракрасных устройств Night Vision в ближней инфракрасной, сразу за визуальным спектром и может видеть излучаемые или отраженные почти инфракрасные в полной визуальной темноте. Однако, опять же, они обычно не используются для термографии из-за высокотемпературных требований, но вместо этого используются с активными источниками вблизи IR.

Устройства ночного видения Starlight, как правило, только увеличивают окружающий свет .

Пассивная и активная термография

Все объекты выше абсолютной нулевой температуры (0 К ) излучает инфракрасное излучение . Следовательно, отличным способом измерения тепловых вариаций является использование инфракрасной инфракрасной , инфракрасной волны камеры способной обнаружить излучение в среднем (от 3 до 5 мкм) и длинной (от 7 до 14 мкм) инфракрасной полосы, обозначенные как MWIR и LWIR, соответствующие двум инфракрасным окнам с высоким пропусканием . Аномальные профили температуры на поверхности объекта являются признаком потенциальной проблемы.

В пассивной термографии интересующие особенности, естественно, при более высокой или более низкой температуре, чем на фоне. Пассивная термография имеет много применений, таких как наблюдение за людьми на сцене и медицинская диагностика (в частности, термология ).

В активной термографии необходим источник энергии для создания теплового контраста между интересующейся функцией и фоном. Активный подход необходим во многих случаях, учитывая, что проверенные части обычно находятся в равновесии с окружением. Учитывая суперлинейность излучения черного тела , активная термография также может использоваться для усиления разрешения систем визуализации за пределами их дифракционного предела или для достижения микроскопии сверхразрешения .

Преимущества

Термография показывает визуальную картину, поэтому можно сравнить температуру на большой площади. Он способен ловить движущиеся цели в режиме реального времени. Он может найти ухудшение, то есть компоненты с более высокой температурой до их отказа. Его можно использовать для измерения или наблюдения в областях недоступных или опасных для других методов. Это неразрушающий метод испытаний. Его можно использовать, чтобы найти дефекты в валах, трубах и других металлических или пластиковых деталях. Его можно использовать для обнаружения объектов в темных областях. Он имеет некоторое медицинское применение, по сути, в физиотерапии .

Ограничения и недостатки

Есть различные камеры дешевле и дороже. Качественные камеры часто имеют высокий ценовой диапазон (часто 3000 долл. США и более) из -за расходов на большую матрицу пикселей (состояние ART 1280 x 1024), в то время как менее дорогие модели (с пиксельными массивами 40x40 до 160x120 пикселей) также доступен. Меньше пикселей снижает качество изображения, что затрудняет различение ближайших целей в той же области зрения.

Существует также разница в скорости обновления. Некоторые камеры могут иметь только освежающее значение 5–15 Гц, другие (например, Flir x8500sc ) 180 Гц или даже больше в полном режиме окна.

Также объектив может быть интегрирован или нет.

Многие модели не предоставляют измерения излучения, используемые для построения выходного изображения; Потеря этой информации без правильной калибровки для излучения, расстояния и температуры окружающей среды и относительной влажности влечет за собой, что результирующие изображения являются по своей природе неверные измерения температуры.

Изображения могут быть трудно точно интерпретировать, основанные на определенных объектах, в частности, объекты с неустойчивыми температурами, хотя эта проблема снижается при активной тепловой визуализации.

Термографические камеры создают тепловые изображения на основе лучистой тепловой энергии, которую он получает. Поскольку уровни радиации влияют на излучение и отражение радиации, такое как солнечный свет с измеренной поверхности, это вызывает ошибки в измерениях.

• Большинство камер имеют точность ± 2% или хуже при измерении температуры и не так точны, как методы контакта.
• Методы и инструменты ограничены непосредственным обнаружением температуры поверхности.

Приложения

Воздушная термограмма воздушной воздушной зоны, показывающая функции на/под травяным игровым полем. Тепловая инерция и дифференциальная транспирация/испарение вовлечены

Тепловые образы UAS солнечной панели в Швейцарии

Прицел на тепловой винтовке/PAS-13, установленная на винтовке AR-15

Термографическое изображение кольцевого хвостого лемура

Изображения из инфракрасных камер, как правило, являются монохромными, потому что камеры обычно используют датчик изображения , который не различает различные длины волн инфракрасного излучения. Датчики цветного изображения требуют сложной конструкции для дифференциации длин волн, а цвет имеет меньшее значение за пределами нормального видимого спектра, потому что различные длина волн не отображаются равномерно в систему цветового зрения, используемой людьми.

Иногда эти монохроматические изображения отображаются в псевдо-цвете , где используются изменения в цвете, а не изменения интенсивности для отображения изменений в сигнале. Этот метод, называемый нарезом плотности , полезен, потому что, хотя у людей гораздо больший динамический диапазон обнаружения интенсивности, чем в общем цвете, способность видеть мелкие различия в интенсивности в ярких областях довольно ограничены.

Для использования в измерении температуры самые яркие (самые теплые) части изображения обычно окрашены в белые, промежуточные температуры красные и желтые, а также самые тупые (самые крутые) части черные. Шкала должна быть показана рядом с ложным цветным изображением, чтобы связать цвета с температурой. Их разрешение значительно ниже, чем у оптических камер, в основном только 160 х 120 или 320 х 240 пикселей, хотя более дорогие камеры могут достичь разрешения 1280 x 1024 пикселей. Термографические камеры гораздо дороже, чем их аналоги видимого спектра, хотя низкоэффективные дополнительные тепловые камеры для смартфонов стали доступны за сотни долларов в 2014 году. Модели более высокого класса часто считаются военным оборудованием с двумя использованием и ограничены экспортом, особенно если разрешение составляет 640 x 480 или более, если частота обновления не является 9 Гц или меньше. Экспорт из США тепловых камер регулируется международным движением правил вооружений . Тепловая камера была впервые встроена в смартфон в 2016 году, в Cat S60 .

В неохлажденных детекторах температурные различия в датчиках пикселей являются минутными; Разница 1 ° C на сцене вызывает только разницу в 0,03 ° C на датчике. Время отклика пикселя также довольно медленное, в диапазоне десятков миллисекундов.

Термография находит много других применений. Например, пожарные используют его, чтобы увидеть дым , найти людей и локализовать горячие точки пожаров. Благодаря термической визуализации специалисты по обслуживанию линии электропередачи находят перегрев суставов и детали, что является явным признаком своей неудачи, чтобы устранить потенциальные опасности. Там, где теплоизоляция становится неисправной, специалисты по строительству строительства могут видеть утечки тепла, чтобы повысить эффективность охлаждения или нагревания кондиционирования воздуха.

Горячие копыта указывают больную корову.

Камеры теплоизображения также устанавливаются в некоторых роскошных автомобилях, чтобы помочь водителю ( Automotive Night Vision ), первым из которых является Cadillac Deville 2000 года .

Некоторые физиологические активности, особенно такие ответы, как лихорадка , у людей и других теплокровных животных, также можно контролировать с помощью термографической визуализации. Охлажденные инфракрасные камеры можно найти на крупных астрономических исследованиях , даже те, которые не являются инфракрасными телескопами .

Приложения включают:

• Мониторинг состояния
• Низкие склоны и плоская кровельная проверка
• Диагностика зданий, включая инспекции конверта , инспекции влаги и потери энергии в зданиях
• Тепловое картирование
• Цифровая инфракрасная тепловая визуализация в здравоохранении
• Медицинская визуализация
• Неконтактная термография , контактная термография и динамическая ангиотермография
• Периферические сосудистые заболевания.
• Стеноз сонной артерии (CAS) сквозь тепловые карты кожи.
• Активная динамическая термография (ADT) для медицинских применений.
• Нервно -мышечные расстройства.
• Экстракраниальные мозговые и лицевые сосудистые заболевания.
• Аномалии щитовидной железы.
• Различные другие опухолевые, метаболические и воспалительные условия.
• Археологическая воздушная термография
• Термология
• Ветеринарная тепловая визуализация
• Теплоизображение в орнитологии и других мониторингах дикой природы
• Ночное видение и нацеливание
• БПЛА НАЗВАНИЕ
• Стерео
• Исследовать
• Управление процессом
• Неразрушающее тестирование
• Наблюдение за безопасностью, правоохранительными органами и защитой
• Химическая визуализация
• Вулканология
• Здание

Камеры теплоизображения превращают энергию в инфракрасной длине волны в видимый световой дисплей. Все объекты выше абсолютной нулевой тепловой инфракрасной энергии, поэтому тепловые камеры могут пассивно видеть все объекты, независимо от окружающего света. Тем не менее, большинство тепловых камер видят только объекты теплее, чем -50 ° C (-58 ° F).

Спектр и количество термического излучения объекта сильно зависят от температуры поверхности . Это позволяет камере с тепловой визуализацией отображать температуру объекта. Однако другие факторы также влияют на излучение, которое ограничивает точность этой техники. Например, излучение зависит не только от температуры объекта, но также является функцией излучения объекта . и излучение от объекта и отраженное излучение также будет зависеть от поглощения атмосферы Кроме того, излучение происходит из окружающей среды и отражается в объекте , .

Термографическая камера на Eurocopter EC135 вертолете Федеральной полиции Германии

Поля, в которых используются эти методы:

• Сельское хозяйство , например , машина для подсчета семян
• Строительный осмотр
• Диагностика неисправностей и устранение неполадок
  • Энергетический аудит изоляции здания и обнаружения хладагента утечек
  • крыши Инспекция
  • Домашнее выступление
  • Обнаружение влаги в стенах и крышах (и, в свою очередь, часто часть восстановления плесени )
  • Структурный анализ настенной каменной кладки
• Правоохранительные органы и антитерроризм
  • Карантин мониторинг посетителей страны
  • Обнаружение и приобретение военных и полиции: инфракрасный , инфракрасный поиск и трек
  • Мониторинг состояния и наблюдение
  • Техническое наблюдение контрмеры
  • Оружие теплового оружия
  • Поисковые и спасательные операции
  • Операции пожарной охраны
• Термография (медицинская) - медицинское тестирование для диагностики
  • Ветеринарная тепловая визуализация
• Программный мониторинг процесса
  • Контроль качества в производственных средах
  • Предсказательное обслуживание (предупреждение о раннем отказа) на механическом и электрическом оборудовании

Посмотрен из пространства с помощью мудрых , используя тепловую камеру , Asteroid 2010 AB78 выглядит краснее, чем фоновые звезды, поскольку он излучает большую часть своего света на более длинных инфракрасных длинах волн. В видимом свете и почти инфракрасном он очень слабый и трудно увидеть.

• Астрономия , в таких телескопах, как UKIRT , Spitzer Space Telecope , Wise и The James Webb Space Telecope
• Автомобильное ночное видение
• Аудит акустической изоляции для снижения звука
• Системы мониторинга ребенка
• Химическая визуализация
• центра обработки данных Мониторинг
• Диагностика и техническое обслуживание оборудования для распределения электрического распределения, такая как трансформаторные дворы и распределительные панели
• Неразрушающее тестирование
• Исследования и разработки новых продуктов
• загрязнения Обнаружение стоков
• Набор заражений вредителей
• Воздушная археология
• Пламя детектор
• Метеорология (тепловые изображения из погодных спутников используются для определения температуры в облаке/высоте и водяных паров, в зависимости от длины волны)
• крикета Система обзора решений крикетом . Чтобы обнаружить слабый контакт мяча с летучей мышью (и, следовательно, сигнатуру теплового участка на летучей мыши после контакта).
• Автономная навигация
• Злонамеренные применения
  • Тепловая атака - это подход, который использует тепловые трассы, оставленные после взаимодействия с интерфейсами, такими как сенсорные экраны или клавиатуры, для выявления ввода пользователя.
• Ночная фотография дикой природы
• Осмотр фотоэлектрических электростанций

Стандарты

ASTM International (ASTM)

• ASTM C1060, Стандартная практика термографического осмотра установок в полости оболочки кадров
• ASTM C1153, Стандартная практика для расположения влажной изоляции в кровельных системах с использованием инфракрасной визуализации
• ATSM D4788, стандартный метод испытаний для обнаружения расслаивания на мостовых палубах с использованием инфракрасной термографии
• ASTM E1186, Стандартные практики для обнаружения места утечки воздуха в конвертах здания и воздушных барьеров
• ASTM E1934, стандартное руководство для изучения электрического и механического оборудования с инфракрасной термографией

Международная организация по стандартизации (ISO)

• ISO 6781, Термическая изоляция - качественное обнаружение термических нарушений в конвертах здания - инфракрасный метод
• ISO 18434-1, Мониторинг состояния и диагностика машин-Термография-Часть 1: Общие процедуры
• ISO 18436-7, Мониторинг состояния и диагностика машин-требования к квалификации и оценке персонала-Часть 7: Термография

Биологический аналог

Термография по определению с помощью инструмента (артефакт), но некоторые живые существа имеют естественные органы, которые функционируют как аналоги для болометров , и, таким образом, обладают нефтеном типом термической визуализации ( термоцепция ). Одним из самых известных примеров является инфракрасное зондирование в змеях .

Термография ПЗС и КМОС

Цветные контуры температуры для тлеющего измерения, измеренного с помощью камеры CMOS.

Неспециализированное устройство, связанное с зарядом (CCD) и CMOS-датчики, обладают большей частью спектральной чувствительности в диапазоне длин волн видимых световых волн. Однако, используя область «следы» их спектральной чувствительности, а именно часть инфракрасного спектра, называемого почти инфракрасным (NIR), и с помощью готовой камеры видеонаблюдения при определенных обстоятельствах возможны для получения истинных тепловых изображений. объектов с температурой примерно при 280 ° C (536 ° F) и выше.

При температуре 600 ° C и выше, недорогие камеры с датчиками CCD и CMOS также использовались для пирометрии в видимом спектре. Они использовались для сажи в пламени, сжигания частиц угля, нагретых материалов, нитей SIC и тлеющих угли. Эта пирометрия была выполнена с использованием внешних фильтров или только фильтров датчика . Это было выполнено с использованием цветовых соотношений, серометов и/или гибрида обоих.

История

Открытие и исследования инфракрасного излучения

Инфракрас был обнаружен в 1800 году сэром Уильямом Гершелем как форма радиации за пределами красного света. Эти «инфракрасные лучи» (Infra - это латинский префикс для «ниже») использовались в основном для термического измерения. Существует четыре основных закона ИК -радиации: закон теплового излучения Кирхгофа , закон Стефана -Болтцманна , закон Планка и закон о перемещении Вена . Разработка детекторов была в основном сосредоточена на использовании термометров и болометров до Первой мировой войны . Значительный шаг в разработке детекторов произошел в 1829 году, когда Leopoldo Nobili , используя эффект Seebeck , создал первую известную термопару , изготовленную улучшенный термометр, грубого термопийного . Он описал этот инструмент Македонио Меллони . Первоначально они совместно разработали значительно улучшенный инструмент. Впоследствии Меллони работал в одиночку, создавая инструмент в 1833 году (многоэлементный термопийный ), который мог обнаружить человека на расстоянии 10 метров. Следующим значительным шагом в улучшении детекторов был болометр, изобретенное в 1880 году Сэмюэлем Пьерпоном Лэнгли . Лэнгли и его помощник Чарльза Грили Эббот продолжали улучшать этот инструмент. К 1901 году он мог обнаружить излучение от коровьей от 400 метров и было чувствительным к различиям в температуре сто тысяч (0,00001 C) степени по Цельсию. Первая коммерческая тепловая камера была продана в 1965 году для инспекций линии электропередачи высокого напряжения.

Первым расширенным применением ИК -технологии в гражданской секции, возможно, было устройство для обнаружения наличия айсбергов и пароходов с использованием зеркала и термопийного, запатентованного в 1913 году. Вскоре это было превзошло первым точным ИК -детектором айсберга, который не использовал термопийты, запатентованные в 1914 году Rd Parker. За этим последовало предложение Га Баркера использовать ИК -систему для обнаружения лесных пожаров в 1934 году. Техника не была по -настоящему индустриализированной до тех пор, пока в 1935 году она не была использована для анализа однородности нагрева в горячих стальных полосах.

Первая термографическая камера

В 1929 году венгерский физик Калман Тиханьи изобрел инфракрасную чувствительную (ночное видение) электронную телевизионную камеру для зенитной защиты в Британии. Первой американской термографической камерой была инфракрасная линейная сканер. Это было создано американскими военными и техасскими инструментами в 1947 году и потребовался один час, чтобы произвести одно изображение. В то время как несколько подходов были исследованы для повышения скорости и точности технологии, один из наиболее важных факторов, посвященных сканированию изображения, который компания AGA смогла коммерциализировать с использованием охлажденного фотопроводника.

Первой британской инфракрасной линейной системой был желтый утенок середины 1950-х годов. В нем использовалось непрерывно вращающее зеркало и детектор с сканированием оси Y по движению самолета-носителя. Несмотря на неудачу в своем предполагаемом применении подводного отслеживания путем обнаружения Уэйк, он был применен к наземному надзору и стал основой военной ИК-линий.

Эта работа была дополнительно разработана в королевских сигналах и радарном заведении в Великобритании, когда они обнаружили, что кадмий -теллурид ртуть был фотокондуктором, который требовал гораздо меньшего охлаждения. Honeywell в Соединенных Штатах также разработал массивы детекторов, которые могли бы остыть при более низкой температуре, Но они отсканировали механически. У этого метода было несколько недостатков, которые можно было бы преодолеть с помощью системы электронного сканирования. В 1969 году Майкл Фрэнсис Томпсетт в English Electric Valve Company в Великобритании запатентовал камеру, которая сканировала пироэлектронию и которая достигла высокого уровня производительности после нескольких других прорывов в 1970-х годах. Tompsett также предложил идею для твердотельных массивов с термическим изображением, что в конечном итоге привело к современным гибридизированным устройствам визуализации с мокристаллическими визуализацией.

Используя пробирки для видеокамеров, такие как видиконы, с пироэлектрическим материалом, таким как сульфат триглицина (TGS) в качестве их мишеней, видикон, чувствительный к широкой части инфракрасного спектра возможно. Эта технология была предшественником современной технологии микроболометра и в основном использовалась в пожарных тепловых камерах.

Умные датчики

Одной из основных областей развития систем безопасности была способность разумно оценивать сигнал, а также предупреждение о присутствии угрозы. Под поощрением инициативы по стратегической обороне США начали появляться «умные датчики». Это датчики, которые могут интегрировать зондирование, извлечение сигнала, обработку и понимание. Есть два основных типа умных датчиков. Во -первых, аналогично тому, что называется « видение », когда используется в видимом диапазоне, позволяет предварительно обработать методы интеллектуального зондирования из -за увеличения роста интегрированных микроциркультирующих средств. Другая технология более ориентирована на конкретное использование и выполняет свою цель предварительной обработки благодаря своей конструкции и структуре.

К концу 1990 -х годов использование инфракрасного положения движется к гражданскому использованию. Было резкое снижение затрат на неотсыщенные массивы, которые наряду со значительным увеличением событий, привело к тому, что рынок с двойным использованием охватывал как гражданское, так и военное использование. Это использование включает в себя контроль окружающей среды, анализ здания/искусства, функциональную медицинскую диагностику, а также системы управления автомобилями и предотвращения столкновений .

Смотрите также

• Подкомитет ASTM E20.02 по радиационной термометрии
• Химическая визуализация - одновременное измерение спектров и изображений
• Цифровая инфракрасная термическая визуализация в здравоохранении - термография, используемая для страниц медицинской диагностики, демонстрируя описания Wikidata в качестве запасного
• Флуоресцентная микротермография
• Гиперспектральная визуализация -метод многоволновой визуализации
• Инфракрасные и тепловые испытания
• Инфракрасное неразрушающее тестирование материалов
• Инфракрасная камера - инфракрасная визуализация, используемая для выявления температурных страниц, отображающих короткие описания перенаправления целей
• Инфракрасный детектор - детектор, который реагирует на инфракрасные (ИК) радиационные страницы, отображающие описания Wikidata как запасной
• Инфракрасная фотография -визуализация почти инфракрасных
• Инфракрасный термометр - термометр, который повышает температуру путем измерения инфракрасной энергии
• Ночное видение - способность видеть в условиях низкого освещения
• Неконтактная термография -термография, используемая для страниц медицинской диагностики, демонстрируя описания wikidata в качестве запасного
• ORA (Film) - 2011 г. Страницы термографической пленки, демонстрирующие описания Wikidata в качестве запасного
• Пассивный инфракрасный датчик - электронный датчик, который измеряет инфракрасный свет
• Уравнение Сакума -Хаттори - формула термического излучения, излучаемого идеальным черным телом
• Теплоизображение камера (пожарная пожаска) - тепловая камера на страницах пожарной охраны, отображающие короткие описания целей перенаправления.
• Оружие теплового оружия
• Термографический осмотр

Ссылки

• Лучший поставщик услуг теплового сканирования в Индии

Внешние ссылки

• Инфракрасная трубка , инфракрасная визуализация научных демонстраций
• Компорт , некоторые использование термографических изображений в электронике
• Термографические изображения , инфракрасные изображения
• Неотложная тепловая визуализация работает круглосуточно от Лоуренса Мейса
• Археологическая воздушная термография
• ИК -термометрия и термография Репозиторий , ИК -термометрия и термография репозиторий