Призначення, огляд розвитку і класифікація тепловізорів

2.1.4 Застосування тепловізорів

Після створення перших тепловізорів тривалий час вважалося якісне спостереження тепловипромінюючих об'єктів. Потім з'явилася необхідність кількісного виміру температури об'єктів по одержуваних термограмі. Нині застосування тепловізорів для дистанційного вимірювання температурних полів є одним з важливих додатків теплобачення, використовуваних при неруйнівному контролі різних об'єктів.

Сталеплавильні  печі облицьовані зсередини керамічними  вогнетривкими матеріалами. У міру експлуатації печей частина облицювання  зношується і роз'їдається розплавленим металом, що пов'язано з небезпекою для обслуговуючого персоналу; тому облицювання через певний термін доводиться замінювати. Повна заміна облицювання великих сталеплавильних печей дуже дорога, тому що пов'язана з зупинкою виробництва на 3-4 тижні. Найбільш прийнятний тут термографічний контроль. Зовнішня перевірка діючих печей тепловізором може вказати на локальні перегріви сталевої оболонки, тріщини та області обмурівки, де вона тонша норми. Вимірювання температури зовнішньої оболонки, виконані за допомогою тепловізора, можуть вказати області руйнування обмурівки на даній ділянці. Термограма дозволяє затримати заміну обмурівки до тих пір, поки вона не стане абсолютно необхідною, тобто використовувати обмурівку протягом максимально можливого часу. Знята під час роботи печі термограма сприятиме швидкому виявленню небезпечних тріщин під час періодичного огляду в охолодженій печі, тому що зробити це візуально дуже важко. Діагностика пристроїв тягового електропостачання залізниць. За допомогою тепловізорів можлива діагностика пристроїв тягового електропостачання залізниць. При цьому для масового контролю і виявлення несправностей контактних з'єднань температурна чутливість тепловізора повинна бути не нижче 5 °С, діапазон вимірюваних температур - 20 ... + 150 °С; поле зору 20 × 10 °, миттєвий кут зору 10 мрад, час кадру 1/12,5 с.

Критерієм стану тарілчастих ізоляторів типу ПФ-6А може бути різниця температур між їх шапкою і тарілкою. У справного ізолятора значення температури тарілки і шапки не відрізняються один від одного на термограмі, а загальна температура ізолятора відрізняється від температури навколишнього середовища на 0,2 ... 0,4 °С. Для виявлення дефектних ізоляторів за допомогою тепловізора його температурна чутливість повинна бути не нижче 0,1 °С; діапазон вимірюваних температур - 20 ... +50 °С; поле зору 3 × 5 °, миттєвий кут зору 5.  
 Наявність хоча б одного справного ізолятора в гірлянді (в тягової з постійного струму) не дозволяє виявити дефектні ізолятори тепловізіонним способом, так як через гірлянду не проходить струм витоку.

Тепловізори застосовують також для визначення стану ізоляції високовольтних висновків на тягових підстанціях енергодільниці. Чутливість тепловізора при цьому повинна бути не нижче 0,1 °С.  
 Теплові процеси, що протікають в автопокришках, мають важливе значення для їх експлуатації. При заводських випробуваннях автомобільних і авіаційних покришок на спеціальних стендах прагнуть виявити вплив на розподіл температури по структурі покришки таких факторів, як швидкість її обертання, зміна цієї швидкості, тиск повітря в камері і навантаження на колесо. Необхідно знати вплив кожного з цих факторів окремо і їх спільний вплив. Ці дії не однакові для різних точок покришки і залежать від її конструкції. Проте звичайна термограма показує тільки середню температуру в кожному концентричному шарі покришки, в результаті чого становище області перегріву не може бути локалізовано. Це завдання успішно вирішується за допомогою спеціального тепловізора забезпеченого додатковим пристроєм, який отримав назву «термостроб». Воно дозволяє бачити стробірованний (нерухоме) теплове зображення обертового об'єкта. Застосовуючи тепловізор з термостробом, можна спостерігати теплове зображення обертової покришки під час динамічних випробувань і фіксувати ділянки її перегріву.

До областей застосування тепловізорів в промисловості  і науці при дослідженні температурних полів відносять також наступні:  
 - вимір температурних режимів при виготовленні паперу, листового прокату металу, виробництві скла, гуми і пластика, бетонних і залізобетонних виробів: 
 - випробування стекол з електричним підігрівом для автомобілів і літаків; 
 - вимір температури обертових деталей машин, а також металевих деталей та інструментів при обробці на верстатах;  
 - вивчення процесів теплопередачі в моделях, які долають в аеродинамічних трубах;  
 - дослідження розподілу температури в газовому струмені авіаційних двигунів; 
 - визначення температури поверхні ШСЗ в камерах, що моделюють космічні умови польоту;  
 - контроль якості захисту атомних реакторів електростанцій; визначення положень підземних і прихованих комунікацій;  
 - контроль рівня і положення теплих або холодних рідин в резервуарі;  
 - безперервний контроль обмурівки обертових випалювальних печей у процесі їх роботи;  
 - визначення втрат в зубчастих зачеплення:  
 - дефектоскопія матеріалів та окремих конструкцій при проведенні статичних і динамічних випробувань;  
 - визначення областей переходу ламінарного режиму течії в турбулентний при аерофізичних дослідженнях;  
 - дефектоскопія болтових і заклепкових з'єднань;  
 - неруйнівний контроль неметалевих матеріалів;  
 - дослідження внутрішньої корозії баків і цистерн;  
 - контроль якості зварювання тонкостінних конструкцій за термограмой зварного шва, на який подається імпульс струму;  
 - вивчення теплоізоляції труб штучних ковзанок;  
 - дослідження теплових ефектів у клінічних та біологічних процесах та інше.

З розвитком тепловізійної техніки область застосування тепловізорів для аналізу теплових полів безперервно розширюється. У СРСР і за кордоном для цього створені спеціальні типи приладів.

Зняття теплових карт місцевості.  
 Використання тепловізорів для зняття теплових карт місцевості засноване на дистанційному вимірюванні температури земної поверхні з літака або з ШСЗ. Отримувані теплові карти несуть інформацію про енергетичне стан досліджуваних ділянок поверхні Землі , що використовується для вирішення різних наукових і практичних завдань.  
 Теплові карти дозволяють судити про геологічну будову і полях активності кратерів, сприяють пошукам та реєстрації теплових джерел, гейзерів, місць підземних витоків в енергосистемах, тепломагістралей, дренажних пристроях, дозволяє своєчасно виявляти осередки зароджуються пожеж та визначати межі великих пожеж крізь пелену суцільного диму, а також кордону пожеж горючих копалин по прихованим домівок в штабелях вугілля , сланців , шахтних відвалів і так далі.  
 Велика увага в нашій країні і за кордоном приділяється використанню літакових тепловізорів при боротьбі з лісовими пожежами. При цьому виявляють три основні завдання: виявлення малих (площею не менше 5 м²) вогнищ зароджуються пожеж з температурою 600 - 700 °С; картування контурів охопленого вогнем значної ділянки лісу або торф'яного болота крізь суцільну пелену диму, коли візуальні методи неефективні; контроль за затухшим або затухаючим пожежею, виявлення ділянок кромки, де можна очікувати вторинногоспалаху. 
 Теплові карти застосовують також для вивчення океанських течій, обумовлених стоком річок; виявлення захворювань лісової та сільськогосподарської рослинності; визначення потужності і віку льодів, прогнозування освіти льодових тріщин; дослідження природних ресурсів Землі і так далі.  
 Теплові картки істотно відрізняються від звичайних аерофотознімків, так як у формуванні останніх бере участь відбите випромінювання, у формуванні теплових карт - відбите і власне випромінювання, а в ряді випадків лише останнє. Тому на теплових картах виявляються нагріті об'єкти або ділянки місцевості, які не виявляються на фотознімках. Особливістю теплових карт є залежність динаміки теплових процесів , що протікають протягом доби. У зв'язку з цим теплові карти, отримані в різний час навіть від одних і тих же об'єктів відрізняються один від одного.  
 Основні вимоги, пропоновані до тепловізійної апаратури для зняття теплових карт місцевості: робочий спектральний діапазон повинен відповідати спектральним областям найбільшого пропускання інфрачервоного випромінювання атмосферою і областям максимального випромінювання досліджуваної поверхні; чутливість і роздільна здатність повинні дозволяти виявляти і реєструвати дрібні об'єкти з малими температурними контрастами; кут огляду повинен бути достатньо великим, але при цьому погіршення роздільної здатності на краю поля огляду не повинно перевищувати допустимі значення.  
 Тепловізори, призначені для зняття теплової карти місцевості і встановлювані на літальних апаратах (ЛА), виконують сканування миттєвого кута зору тільки в площині, перпендикулярній напряму польоту, забезпечуючи перегляд по рядку. Перегляд по кадру здійснюється за рахунок прямолінійного руху носія апаратури. Зазвичай в таких тепловізорах застосовують систему з оптико-механічним скануванням, рідше - системи з електронним скануванням і самосканування (на основі приладів із зарядним зв'язком, чутливих в ІК. Області спектра).  
 Попередження зіткнень кораблів при їх рухах на зустрічних курсах. 
У корабельному тепловізорі, призначеному для навігації в нічних умовах і попередження зіткнень кораблів при їх русі на зустрічних курсах, вузол сканування виконаний за схемою, але з вертикальною віссю обертання дзеркальної піраміди. Головка приладу поміщена в карданова підвіс і пов'язана електричними проводами і трубопроводами охолодження ПІ з корпусом, який встановлюють на корабельної щогли. Для отримання чіткого зображення спостережуваних тепловипромінюючих об'єктів необхідна велика частота обертання дзеркальної піраміди. Досить великий кінетичний момент обертається піраміди використовується в системі гіроскопічної стабілізації осі візування тепловізора при хитавиці корабля.  
 Медична діагностика:

  Поява і розвиток теплобачення дозволило реалізувати ідею використання інфрачервоного випромінювання людського тіла для медичної діагностики. Одне з перших повідомлень про можливість радіометричного виявлення пухлини молочної залози було зроблено Р. Лоусоном, який показав, що температура над пухлиною може відрізнятися від температури тіла в середньому на 1°. При клінічних дослідженнях була отримана певна кореляція між зростанням температури і ступенем розвитку злоякісної пухлини. В результаті досліджень із застосуванням евапорографа виявилося, що цей прилад може бути використаний для проведення профілактичних обстежень подібно до того, як флюорографія застосовується при виявленні ранньої стадії туберкульозу. Застосування тепловізорів для дослідження власного теплового випромінювання тіла людини дозволило встановити ряд показників фізіологічного стану його організму, пов'язаних з розподілом температури по поверхні шкірного покриву.  
 Теплобачення значно розширює звичайні області застосування ІК техніки в медицині, оскільки дозволяє не тільки фотографувати освітлену ІК променями поверхню тіла людини і розташовані поблизу від неї судини, але й спостерігати зображення, створювані власним тепловим випромінюванням тіла. Особливість спостереження в цій області ІК спектра полягає в тому, що різні предмети, що оточують спостережувану поверхню, мають близьку до неї температуру. Внаслідок цього радіаційні контрасти виявляються недостатніми для безпосереднього спостереження: навіть різниця температур 1 °С, створює при довжині хвилі 10 мкм контраст, приблизно рівний 1 %, що вдвічі менше мінімального контрасту, ще помітного оком.

Важливе значення в медичній тепловізійної діагностиці мають апаратура, методики її використання, приміщення, де вона встановлена. У ГОІ імені С. І. Вавилова мається «планувально-технологічне рішення кабінету» для оснащення знову споруджуваних лікувальних установ, термографічними кабінетами, призначеними для діагностики різних захворювань і проведення масового профілактичного огляду населення.  
 Теплобачення є хоч і ефективним, але додатковим методом при діагностиці різних захворювань; корисно поєднання тепловізійного методу дослідження з іншими, наприклад, рентгенологічним, ультразвуковим, радіоізотопним, лазерним, охоплюють більш широкий спектр електромагнітних хвиль. Застосовуючи голкотерапію або електроакупунктури, також спостерігають за допомогою тепловізора зміна порядку на 1 °С, теплового поля шкіри, що дозволяє судити про хід лікування, наприклад, такого захворювання, як неврит лицьового нерва, біологічно активні точки (БАТ), як правило, розташовуються в областях з підвищеної радіаційної температурою. Окремі БАТ можуть спостерігатися тепловізором, особливо якщо в ньому передбачено придушення низькочастотних складових спектра відеосигналу. Створена в давнину координатна прив'язка БАТ до поверхні тіла людини досить універсальна. Тому робляться спроби використовувати існуючу координатну прив'язку БАТ для систематизації теплових полів людини і встановлення їх зв'язку з місцем розташування БАТ зокрема з метою створення алгоритмів машинної діагностики захворювань. Для координатної прив'язки термограми і поверхні тіла розроблена система позначень, яка спрощує опис термограм, статистичну обробку експериментальних результатів. 
 Рішення задач медичної діагностики полегшується при наявності еталона, так званої нормальної термограми. Виявлення різниці між нормою і патологією залежить від кваліфікації лікаря термолога. Найбільш корисним є періодичне, протягом життя людини, його термографування для порівняння теперішнього та попередніх термограм. Для виявлення патології необхідно знати орієнтовні значення перепадів і абсолютних значень температур різних ділянок тіла.

                                                      ВИСНОВКИ

В даній курсовій роботі були показані прибори для  вимірювання температури. В огляді літературних джерел були викладені основні поняття про температуру, методи та прибори її вимірювання. Наприклад тепловізори, вони мають величезне значення в даний час, і мають великий спектр застосування. Завдяки тепловізорам своєчасно виявляють осередки зародження пожеж та визначити межі великих пожеж. А так само їх використовують в медицині, наприклад при травмах опоно-рухового апарату. А так же їх використовують для попередження зіткнень кораблів на зустрічних курсах, для контролю плавильних печей і так далі.

Завдяки даним приладам ми можемо вимірювати температуру більш безпечними способами, наприклад пірометри, які вимірюють температуру на відстані, що не можемо сказати про більш ранніх приладах, наприклад термометри. Завдяки тепловізорам без яких вже складно обійтися в медицині ми можемо діагностувати пошкодження нервових стовбурів кінцівок, травмах хребта, урології, органів дихання і так далі. На мою думку дані прилади нам потрібніші, ніж здається нам на перший погляд.