Kamera termowizyjna – charakterystyka i zastosowanie

Kategoria: Blog

kamera

Istnieje wiele typów czujników pozwalających na zbieranie informacji, które daleko wykraczają poza możliwości ludzkiej percepcji. Dzięki metodom rejestrowania rozmaitych wielkości fizycznych można znacznie dokładniej i szybciej badać różne zjawiska, a uzyskiwane rezultaty wykorzystywać w licznych zastosowaniach praktycznych. Zaawansowane techniki pozyskiwania, obróbki i analizy informacji pomagają sprawdzić jak rozchodzą się np. fale dźwiękowe, wibracje, zmiany wymiarów, odległości, a także rozkład temperatury. Szczególnie wysoką użyteczność ma używanie kamer termowizyjnych, które znajdują zastosowanie w wielu branżach od budownictwa aż po poszukiwanie osób zaginionych. Przyjrzyjmy się bliżej temu, na jakich zasadach działa termowizja i w jakich dziedzinach może być przydatna.

Na czym polega termowizja i jak działają kamery termowizyjne?

Techniki termograficzne polegają na gromadzeniu, przetwarzaniu i obrazowaniu danych na temat promieniowania podczerwonego emitowanego przez rozmaite ciała. Wykorzystują one fakt, że wszystkie obiekty, których temperatura jest wyższa od zera absolutnego, wysyłają pewną ilość promieniowania długofalowego. Ponieważ rozkład temperatur na powierzchni danego ciała jest zwykle różny, a rozmaite przedmioty rozsyłają promieniowanie o innym natężeniu, pozyskiwane dane dają możliwość przedstawienia ustalonych wielkości fizycznych w postaci tzw. obrazu termowizyjnego, czyli termogramu.

Większość kamer termowizyjnych jest wyposażona w specjalne detektory mikrobolometryczne, które odbierają dane z otoczenia. Ponieważ pasmo tzw. dalekiej podczerwieni o długości fal między 7 a 14 µm może być rejestrowane także z większej odległości, ze względu na swoją wyższą energię, kamera jest w stanie przedstawić w postaci dwuwymiarowego obrazu dane zebrane ze sporego wycinka przestrzeni. Dzięki układom elektronicznym dane są składane w obraz o określonej rozdzielczości analogicznie jak w zwykłych kamerach z detektorami CCD.

Kamery termowizyjne, podobnie jak kamery video czy aparaty fotograficzne są wyposażane w układy optyczne, które pozwalają na rejestrację danych docierających do detektora z określonego wycinka otaczającej kamerę przestrzeni. Zwykle ze względu na możliwość najbardziej wszechstronnego zastosowania wybierane są obiektywy, które są w stanie zebrać dane z obszaru stanowiącego wycinek 24°, jeśli chodzi o szerokość i 18° wysokości. Możliwe jest jednak wykorzystanie zarówno obiektywów szerokokątnych np. 80°na 60°, jak i teleobiektywów obejmujących 12° na 9°.

Długość ogniskowej ma decydujące znaczenie, podobnie jak w tradycyjnych urządzeniach optycznych, jeśli chodzi o wielkość obiektu, jaki można zaobserwować w stałej od niego odległości. Im mniejsza ogniskowa obiektywu tym widziany wycinek będzie mniejszy. Jeśli więc przeznaczeniem kamery termowizyjnej jest np. obserwacja obiektu budowlanego, szerszy kąt będzie bardziej pożądany.

Kamery termowizyjne mogą mieć różną rozdzielczość. Im będzie ona wyższa, tym dokładniejsze wyniki rozkładu temperatur będzie można uzyskać. Przy niskiej rozdzielczości i dużym obiekcie dane mogą być nie dość precyzyjne, ponieważ będą stanowiły uśrednienie pomiarów na stosunkowo dużej powierzchni.

Gdzie wykorzystuje się kamery termowizyjne?

Obszar zastosowania techniki termowizyjnej jest bardzo szeroki. Jedną z dziedzin, w której kamery są stosowane szczególnie chętnie, okazuje się branża budowlana. Termowizja jest tu przede wszystkim używana do wykrywania potencjalnych miejsc utraty ciepła. Za pomocą kamery można łatwo odkryć wszystkie tzw. mostki cieplne i zweryfikować poprawne wykonanie warstwy termoizolacyjnej. Badanie termowizyjne będzie potrzebne np. przy wystawianiu Świadectwa Energetycznego.

Kamery termowizyjne są również niezastąpione przy badaniu instalacji grzewczych. Za pomocą termowizji można szybko zlokalizować wszystkie miejsca potencjalnych uszkodzeń i nieszczelności. Kamerą można sprawdzić np. jakość wykonania instalacji ogrzewania płaszczyznowego. Termowizja będzie pomocna również przy sprawdzaniu paneli słonecznych. Za jej pomocą można kontrolować ich powierzchnię i wychwytywać ich awarie.

Kamery są użyteczne także przy kontroli stanu instalacji elektrycznych, ponieważ pozwalają na zidentyfikowanie przewodów, złącz czy innych elementów, które są zbytnio rozgrzane, co sugeruje przeciążenie lub możliwość wystąpienia zwarcia. Stosowanie kamer będzie w tym przypadku nie tylko o wiele szybsze, ale również bezpieczniejsze niż tradycyjne pomiary. Na podobnej zasadzie termowizja jest w stanie pomóc w weryfikowaniu stanu układów elektronicznych.

Termowizja ma również wiele zastosowań przemysłowych. Daje możliwość sprawdzania rozkładu temperatur podczas procesów technologicznych. W ten sposób można sprawdzać np. równomierność rozgrzania termoformowanych tworzyw sztucznych, obciążenie rozmaitych instalacji, m.in. rurociągów, a także wykrywanie wszelkich nieszczelności.

Termowizja jest też znakomitą metodą diagnostyczną, jeśli chodzi o ocenę stanu różnych maszyn i urządzeń. Pozwala na szybkie wykrywanie miejsc, w których występuje podwyższona temperatura związana z tarciem. Zwykle jest to spowodowane wadami materiałowymi, zużyciem łożysk czy brakiem wystarczające ilości środka smarnego.

Kamery termowizyjne to nie tylko sposób na wykrywanie ciepła, ale również lokalizowanie miejsc o mocno obniżonej temperaturze. Właściwość ta przydaje się w kontrolowaniu stanu mroźni, chłodni czy instalacji klimatyzacyjnych.

Sprawdzanie rozkładu temperatur jest również stosowane w diagnostyce medycznej. Termowizja pomaga w ocenie stanu układu naczyniowego, zaburzeń krążenia czy lokalizowaniu stanów zapalanych. Kamery stosuje się pomocniczo w wykrywaniu nowotworów, a także przy badaniu układu kostnego pod kątem osteoporozy.

Kamery termowizyjne są również niezastąpione przy monitoringu, zarówno prowadzonym wewnątrz, jak i na zewnątrz budynku. Uzyskiwane odczyty pozwalają na znacznie szybsze stwierdzenie czy ktoś znajduje się na strzeżonym terenie, czy też nie. Co więcej, działanie kamer tego rodzaju jest niezależne od oświetlenia i może funkcjonować także przy większych odległościach. Systemy monitorujące korzystające z termowizji sprawdzają się również w obiektach, które powinny być pod szczególnym nadzorem ze względu na swoje znaczenie, np. jednostkach wojskowych, laboratoriach czy bankach. Kamery termowizyjne mają w takich sytuacjach tę przewagę, że o wiele trudniej wprowadzić je w błąd.

Termowizja sprawdza się również w walce z pożarami. Za pomocą kamer łatwo szybko zlokalizować źródło ognia i przystąpić do efektywnej akcji gaśniczej. W ten sposób można również łatwo zlokalizować osoby, które są uwięzione w płonącym lub mocno zadymionym budynku.

Kamery termowizyjne to również nieoceniona pomoc dla naukowców. Poza zastosowaniem w naukach technicznych sprawdzają się one także w obserwacjach przyrodniczych, a także w geologii czy hydrologii.