Как тепловизор измеряет температуру детей в школе и кузовов автомобилей

Расширить весьма ограниченные возможности нашего зрения, способного различать только лучи в видимом, оптическом диапазоне, помогут специальные измерители температуры - инфракрасные тепловизоры, которые можно с полным правом назвать визуальные пирометры, поскольку в отличие от последних, ИК камеры, кроме цифровых значений, еще и формируют красочную термограмму, отображающую карту распределения температур.

Фактически эти устройства переводит невидимые нами градации интенсивности инфракрасного излучения в гамму цветов на дисплее – от холодных зелено-синих, до теплых и горячих – оранжево-красных.

Мы подробно останавливаться не будем на сфере применения, поскольку спектр чрезвычайно широк : от обнаружения мест потерь тепла, что стало чрезвычайно востребовано в сфере новых тарифов и закона Украины "Об энергоэффективности зданий", до охоты и военного дела.

Сегодня мы рассмотрим два интересных эксперимента, которые не носят массового применения, но при этом или несут практическую пользу или помогают понять как работает тепловизор, в чем заключается принцип измерения.

Даже у продвинутых разновидностей с разрешением 640*480 или выше, тот же метод, основы которого были заложены еще задолго до появления современных приборов для удаленного измерения температуры.

“Диагносты” заболеваний школьников

Движущиеся заготовки по конвейеру, охота на животное или поиск диверсанта, крадущегося под покровом ночи – инфракрасное излучение всегда попадает в приемную оптическую систему ИК-камеры.

Излучаемое тепло сложно скрыть. Миллиарды долларов тратятся производителями военных вертолетов и бомбардировщиков, чтобы хоть как-то ослабить видимость горячих выхлопных газов от газотурбинных двигателей, хорошо заметные в инфракрасном спектре, а значит дающие информацию для головок теплового наведения ракет.

А в опыте, о котором мы расскажем, это и хорошо, что поток тепла, в частности тела человека, дает ценную информацию.

градусник для измерения температуры тела

Чем измеряют температуру, если существует обоснованное подозрение на заболевание ?

  1. Стеклянным градусником.
  2. Инфракрасным медицинским термометром.

Но есть и третий способ, правда для индивидуального использования, он не подходит - стоимость внедрения велика и техническая начинка сложная.

Так вот, уже реализован любопытный алгоритм – определение не только температуры, но и визуально по цвету термограммы, насколько вероятно, что ребенок, заходящий в школу, здоров или болен.

Критерий один – температура тела.

Сейчас осень, а значит не за горами заболевания, простудные, вирусные. Опаснее всего, когда болеют дети.

На входе в одну из школ установили тепловизор, причем сами учебные заведения купить такой дорогостоящий аппарат не в состоянии, цена может быть равна стоимости подержанной иномарки в отличном состоянии, если речь идет о моделях Fluke, Flir, поэтому финансирование выделили местные власти. Причем учитывая программы децентрализации в Украине, можно найти средства для покупки подобных измерительных приборов, ведь это инвестиции в здоровье подрастающего поколения.

Как работает система ?

Прежде всего отметим, что расширили функции вахтера, обучили правильной идентификации полученных данных. Увеличили ли ему зарплату за эти дополнительные функции, история умалчивает.

А если серьезно, то стационарный тепловизионное устройство, подвешенное прямо над входом:

выявление школьников с высокой температурой по ИК излучению

Как только ответственный сотрудник видит, что у одного из детей, температура повышена (а следовательно и картинка изменяется по сравнению с одноклассниками), то следует звонок родителям, сообщаются данные медсестре, в общем принимаются активные, упредительные меры.

✨ Во-первых, ребенок максимально быстро изолируется и направляется на диагностику и лечение, чтобы вернуться "в строй" и не пропускать уроки
✨ Во-вторых, если болезнь инфекционная, не заболеют другие школьники

Оригинальное решение и полезное - поможет профилактике гриппа и ОРВИ. Пилотный проект, в случае успешного внедрения, можно расширить и на другие заведения, включая дошкольные.

 

Какой автомобиль горячее ?

Теперь перенесемся в Америку, где блогеры, провели температурную диагностику нескольких авто, покрашенный в разный цвет.

Но сначала объясним разницу между цветом в привычной нам оптической части спектра и в инфракрасной.

Например для нас лист зеленый, а молоко белое, но для рассматриваемых нами приборов эти визуальные, человеческие оценки не имеют значения. Они только фиксируют мощность исходящего теплового излучения, а не цветовые гаммы.

Хотя практически во всех современных тепловизорах, даже в бюджетных, не говоря уже про профессиональные, для строительства и энергоаудита, кроме инфракрасной, встраивается еще и оптическая камера, и доступна функция наложения одной картинки на другую. Частично мы об этого говорили в первой части, когда рассказывали про "школьное применение".

И еще обратимся к такой характеристике как альбедо. Это удельный вес потока солнечной энергии, возвращенной обратно в космос из-за отражательной способности земной поверхности.

альбедо - отражение солнечной энергии

Например альбедо снега и льда достигает 90%, а лесного покрова всего 40%.

В этой связи становится понятным, почему прежде всего для производственных задач, необходимо купить тепловизор именно с настраиваемым коэффициентом эмиссии, иначе например при переходе от шлифованной на станке заготовки до керамики, даже самый продвинутый микроболометр (ключевой компоненты, иногда называемый матрицей ИК-камеры) будет "обманывать" на десяток, а то и более градусов.

Ну а теперь перейдем к определению температуры автомобилей и применим понятие альбедо к этому эксперименту.

Условия: автомобили белого, серого, черного и серебристого цвета. Предстоит определить, какой из них нагреется до большей температуры в яркий солнечный день.

С одной стороны кажется, что температура должна быть одинакова. Второй закон термодинамики никто не отменял. Если какое-то тело нагрето больше, то оно отдает тепло в окружающее пространство и рано или поздно установится стационарное тепловое равновесие.

Но вот на практике не все так однозначно.

Анализ показал, что:

  1. Кузова машин серого и черного цвета нагрелись до 70°С и 60°С соответственно.
  2. Серебристый автомобиль разогрелся до 53°С.
  3. Белый только до 45°С.

Вот вам и 2-й закон термодинамики…

На самом деле ничего не нарушается. Как только наступит ночь, и поток инфракрасного излучения из космоса резко снизится, то температуры кузовов машин выравняются.

Но теоретический интерес состоит в том, что цвет обычной краски, нанесенной на кузовные детали, имеет большое влияение на коэффициент отражения.

Кстати, конкретно с этой задачей не менее успешно справилась бы не только дорогая инфракрасная камера, более того, скажем в этом исследовании ее функции визуализации остались не востребованными в полной мере, а даже бесконтактный термометр.

Почему ? Потому что нужна одна цифра.

Вот если бы блоггеры задались целью проанализировать как нагреваются не только капот авто, но и колеса, радиаторная решетка и показать все в красках, то да, это задача для тепловизорной системы.

А практическая польза в чем ?

Не существенно, но цвет авто влияет на расход топлива, если автомобиль снабжен кондиционером. Чем больше греется, тем больше энергии нужно для охлаждения салона. А значит владельцы машин темного цвета всегда будут платить за бензин или дизтопливо больше…

Так ли это, нужна статистика. И как только она появится, мы обязательно об этом сообщим.