Специфициране на термовизионни системи

На 11 и 12 март т.г. Бош - направление Системи за сигурност, организира обучение, посветено на решенията за пожароизвестяване (ПИ) и охранителните системи с марката Bosch. Събитието се проведе в хотел Грийнвил в столицата и предизвика сериозен интерес сред проектанти, инсталатори и дистрибутори на компанията. Лектор бе Маартен Уингс, продуктов и маркетинг мениджър в компанията. В рамките на обучението присъстващите имаха възможност да се запознаят с продуктовото портфолио в областта на системите за пожароизвестяване (централи, детектори и периферни устройства) и на охранителните системи, от които бяха представени централи и различни серии датчици. Бе проведено практическо упражнение по проектиране и специфициране на ПИ системи и бяха представени комплексни ПИ и звуково-евакуационни системи. Специален интерес у присъстващите предизвика представянето на софтуера за специфициране на ПИ, както и на охранителната централа Easy и охранителните датчици. В частта, посветена на охранителните системи, лекторът запозна присъстващите с теорията на използваната при охранителните детектори технология. Бяха разгледани примери за инсталиране и правилна употреба, като специално внимание бе обърнато върху тестовите процедури и стандартизацията.
“В бъдеще планираме да проведем подобно обучение, посветено на звуково-евакуационни системи и системи за видеонаблюдение”, коментираха организаторите на събитието.

Инфрачервените камери формират цялостна картина
Инфрачервените камери са най-често използваните термовизионни системи в областта на строителството. Основното им предимство е генерирането на цялостна картина за състоянието на сградата, на отделни елементи от конструкцията й, на сградните инсталации и др. С инфрачервените камери могат едновременно да се проследят хиляди точки от контролирания обект, които се визуализират като двуизмерно изображение, а всеки отделен пиксел отговаря на температурата в дадена точка. Тази термовизионна технология се отличава с много по-добри технически характеристики, поради което би могла да се използва при мониторинг на големи като площ обекти.
Формирането на изображението при инфрачервените камери не се различава съществено от принципите, характерни за обикновените камери. Разликата е, че при инфрачервените камери се използва излъчваната от телата топлинна енергия, докато при обикновените камери изображението се формира на база видимата светлина.

Формиране на термографската картина
Електромагнитната енергия, излъчвана от телата, се улавя от камерата с помощта на оптика. Полученият сигнал се усилва, обработва и визуализира в двуизмерно изображение върху видеомонитор, който в повечето случаи е вграден в самата камера. Формирането на термографско изображение е с помощта на вграден в камерата микропроцесор, който присвоява определен цвят на всяка отделна точка от изображението, в съответствие с измерената температура. Съвкупността от всички точки образува цялостната термографска картина. Принципно зоните с по-висока температура се визуализират в по-топли цветове, а по-студените - в по-тъмни. Крайният резултат на практика е “фотографска” снимка на излъчваната от телата и невидима за човешкото око топлинна енергия.
Сред предимствата на инфрачервените камери е възможността с тях да се заснемат както стационарни, така и движещи се обекти. Обикновено камерите са снабдени с автофокус и могат да работят в абсолютна тъмнина. Както вече бе споменато, това е така, тъй като за формиране на изображение те използват само електромагнитни вълни от инфрачервената област. Затова светлинният фон не оказва никакво влияние върху работата им.

Точност на измерване на температурата ±2%
При формиране на изображението, цветът на всеки елемент съответства на строго определен диапазон от температурната скала. За отклонения от нормалното състояние на изследвания обект се съди по настъпили изменения в цвета в получената термографска картина.Основен фактор, оказващ влияние върху точността на получената информация е правилният избор на подходяща за конкретните условия термографска система. Коректно избраната инфрачервена камара гарантира успешното и точно диагностициране, базирано на прецизно измерване на температурата.
Обикновено инфрачервените камери измерват температури в диапазона от -20 до 500°С, като за голяма част от тях този диапазон може значително да бъде разширен, например до интервал от -40 до 2000°С. Точността, с която камерите измерват температурата, е от порядъка на ±2% за целия работен температурен интервал.

Факторът температура на околната среда
Добре е да се има предвид, че върху работата на термографските системи оказва влияние и температурата на околната среда. Затова при специфициране на системата следва да се обърне специално внимание на този фактор. За една инфрачервената камера е важно да запазва точността си на работа за целия температурен интервал на контролираните обекти. Това важи с особена сила, ако данните се съхраняват с цел представянето им във вид на графични тенденции, проследяващи промените в температурата на обекта като функция на температурата на околната среда.
Обикновено термографските системи са проектирани и калибрирани за работа при температура на околната среда от порядъка на 22 - 24°С, но повечето от тях биха могли да запазят точността си и при температура от порядъка на 30°С.

Важни фактори при специфициране на камерите
Влияние върху точността на работа на камерата оказват и редица други фактори, които е необходимо да се вземат предвид при избора й. Затова, в процеса на специфициране на една термографска система е необходимо добре да се проучат условията, в които ще работи камерата. Необходимо е, също така, да се познават някои характеристики на тестваните обекти, като отражателната им способност, както и способността им да поглъщат и да отдават топлина. От не по-малко значение е и разстоянието, на което се намират изследваните обекти, размерът им, инфрачервените им характеристики, както и професионализмът на специалиста, работещ със системата.
Сред определящите фактори за формиране на качествено термографско изображение са и техническите характеристики на инфрачервената камера. Сред тях основни са разделителната способност, чувствителността, възможностите на блока за обработка на сигнала и скоростта на сканиране, както и спецификите на оптичната система на камерата.

Характеристиката разделителна способност
Разделителната способност е от критично важно значение за прецизната работа на една инфрачервена камера. Характеристиката се определя от възможността камерата да фокусира равнината на изследвания обект върху достатъчно голям брой пикселни елементи на нейния детектор. Целта е той да се разграничи ясно от заобикалящата го среда, което би позволило и точно измерване на температурата му.
В зависимост от конкретното приложение на камерата и необходимото качество на генерираното изображение се определя съответно и необходимата разделителна способност. По-високата разделителна способност осигурява не само висококачествено изображение, но позволява камерата да се използва за точно измерване на температурата на по-малки и по-отдалечени обекти с по-висока точност.

Характеристиката чувствителност на камерата
Друга основна техническа характеристика на инфрачервените камери е чувствителността им. Както и разделителната способност, тя се определя в зависимост от конкретните изисквания и условия на работа.
Често чувствителността на една инфрачервена камера се изразява като шумов еквивалент на температурната разлика или NETD (Noise Equivalent Temperature Differential). Той представлява най-малката температурна разлика, която камерата би могла да засече при статични условия на работа. Добре е да се има предвид, че NETD се определя в лабораторни условия, докато реалната чувствителност на камерата в крайна сметка зависи от условията на конкретното приложение. При работа на инфрачервената камера в ниско- и високотемпературен режим на работа се налага да се избере модел с температурна компенсация.

Характеристиката скорост на обработка на сигнала
Към техническите характеристики на блока за обработка на сигнала се отнася способността на сканиращия и обработващ блок на камерата, най-общо казано, да обработи генерирания от детектора сигнал. Както е добре известно, образът на обекта се проектира от оптичната система във фокусната равнина на камерата, в която се намира детекторът. Използването на камера с по-високата скорост на обработка на сигнала гарантира генерирането на по-точен и прецизен образ в сравнение с камера, работеща с по-ниска честота на сканиране.
Например при честота на сканиране 60 Hz, генерираният от камерата динамичен термичен образ на обекта ще бъде много по-прецизен и годен за анализ в сравнение с камера, работеща с честота на сканиране 20 Hz.
Също така е добре да се има предвид, че използването на камери, характеризиращи се с по-ниска скорост на обработка на сигнала, е особено неефективно в приложения, при които зрителното поле на обекта е ограничено или не е стационарно спрямо камерата.

Оптичната система на камерата
Важен параметър, от гледна точка прецизното специфициране на една термографска система, са работните разстояния, на които трябва да фокусира камерата. За обекти, намиращи се на далечни разстояния, например, се препоръчва използването на дългофокусни телескопични обективи. Те проектират образа на контролираните обекти върху площ с размери най-малко 3х3 пиксела върху FPA детектора. За близки разстояния, дългофокусната оптика не е подходяща, и е необходимо да бъде заменена с друга, съответстваща като оптични характеристики на конкретната задача. С цел улесняване на потребителя и разширяване на обхвата, а съответно и приложимостта на една инфрачервена камера за контрол и анализ на различни като размери и специфики обекти, термографските системи обикновено се предлагат с взаимозаменяеми обективи. Добре е да се има предвид, че телескопичните оптични системи се отличават с по-голямо увеличение на образа на обекта върху FPA детектора в сравнение с широкоъгълните. Недостатък на телескопичните системи е невъзможността им да фокусират намиращи се в близост до камерата обекти. Това ограничава приложимостта им основно до измерване и анализ на малки обекти, намиращи се на значителни разстояния. За обекти, разположени на близки разстояния, се препоръчва използването на широкоъгълни обективи.