Как устроен тепловизор - особенности инфракрасного зрения

Устройство инфракрасной камеры очень похоже на оптическую. Только функционируют они в разных поддиапазонах электромагнитного спектра.

Входящее тепловое излучение попадает на так называемый детектор, где измеряется его интенсивность.

Затем эта информация оцифровывается и преобразуется в окончательное изображение, которое называется термограммой.
Если измерение было выполнено правильно и в соответствующих условиях, сформированная температурная карта, несет информацию о распределении температуры поверхности объекта или измеряемых объектов, в отличие от единственной цифры пирометра.

ИК-картинка состоит из так называемых пикселей (как мы привыкли к классическим компьютерным изображениям или фото на смартфоне).
Отдельные пиксели соответствуют температуре поверхности измеряемого объекта в данной точке. Разрешение термограммы определяется параметрами детектора и является одним из основных характеристик.

1. Для самых простых инфракрасных камер разрешение составляет 60*60 и честно говоря в них нельзя ровным счетом ничего разглядеть, кроме размытых пятен.
2. Значительно лучше покажет себя, если купить тепловизор 120*120, а стандарт, подходящий для энергоаудита, температурного мониторинга работы промышленного оборудования, электроустановок составляет 320х240 и дальше, цена выше, особенно на дорогой бренд FLIR, представленный в Украине.

С точки зрения принципа действия мы различаются два основных типа детекторов: тепловые и фотонные.

Тепловые работают по принципу изменения электрических свойств в зависимости от интенсивности падающего инфракрасного излучения.

Примером является так называемый микроболометр, который изменяет электрическое сопротивление в зависимости от интенсивности падающего излучения (оно буквально нагревает его поверхность).

Микроболометрическое поле, представляющее собой большое количество микроболометров, помещенных в двумерное пространство (длина ребер обычно от 1 до 2 см), сегодня является наиболее распространенным типом сенсора и встречается по меньшей мере в 95% термокамер.

Этот тип термодетектора в настоящее время позволяет достичь температурной чувствительности до 30 мК в спектральном диапазоне от 8 до 14 мкм.

Исключение составляют, в основном, самые дорогие ИК-камеры, используемые в исследовательских целях, где можно установить фотонный детектор для повышения его чувствительности.

Проще говоря, такие детекторы работают по принципу счета фотонов, то есть квантов электронного излучения. Они значительно более чувствительны, чем тепловые детекторы, но требуют охлаждения. Следовательно, устройство с фотонным детектором намного тяжелее, чем с тепловым, именно из-за необходимости охлаждения.

Другим важным отличием между тепловыми и фотонными детекторами является спектральная чувствительность. В то время как тепловые детекторы являются широкополосными, детекторы фотонов являются узкополосными и способны обнаруживать излучение только в узком диапазоне длин волн.

Кроме преобразования в электрический сигнал, необходима обработка термограммы перед выводом ее на дисплей.

Без дополнительных схем и сложных алгоритмов и мощного микропроцессора, которые обеспечивают обработку сигналов, самокалибровку камеры, коррекцию изображения и т.д., результаты были бы практически неприменимы.

На рисунках вы можете сравнить, как выглядят 2 термограммы:

• слева - проведена обработка;
• на правой много шумов.

В качественных термограммах, полученное изображение будет четким и резким.