Как устроен тепловизор

Содержание статьи

Тепловизор своими руками. Тепловизор из фотоаппарата. Принцип работы тепловизора

О таком устройстве, как тепловизор, сегодня слышал, наверное, каждый. Исключение, пожалуй, составят лишь маленькие дети. Другое дело, что тех, кто видел этот прибор «живьем», не так много, тех же, кто держал его в руках, – и подавно. Но ведь есть и такие, кто не просто держал, а создал собственный «домашний» вариант тепловизора. Впрочем, к какой бы категории вы ни относили себя, наша статья будет в любом случае вам интересной. Непосвященные смогут уяснить принцип работы тепловизора, а бывалые и асы – открыть для себя новые возможности. Но давайте обо всем по порядку.

Прибор тепловизор, являясь устройством для измерения температур поверхностей бесконтактным методом, способен существенно облегчить жизнь представителям многих профессий. Изначально изобретенный для военных целей, этот достаточно сложный и дорогостоящий прибор сегодня успешно применяется в большинстве сфер деятельности человека. Например, в промышленности – для контроля за тепловыми изменениями при технологических процессах; в медицине – для диагностики заболеваний; при охоте на птиц и зверей; в строительстве – для определения зон утечки тепла или, наоборот, мест прокладки труб. И это далеко не полный послужной список данного прибора.

Виды устройств

Тепловизор — настолько востребованное и многофункционально устройство, что имеет два технологических варианта конструкции:

  • Стационарный. Устройства этой категории предназначены для использования на промышленных предприятиях с целью контроля за технологическими процессами. Система азотного охлаждения – достаточно частое приспособление, которым оборудован подобный тепловизор. Характеристики его рабочих температур весьма внушительны: от −40 до +2000 °C. В основе данных систем лежат, как правило, устройства, собранные на матрицах полупроводниковых фотоприемников.
  • Переносной (портативный). Инновационные разработки позволили отойти от использования громоздкого охлаждающего оборудования, перейдя к производству тепловизоров на базе неохлаждаемых кремниевых микроболометров. Таким приборам присущи все достоинства своих предшественников, к которым относится, например, малый шаг температуры при измерении (0,1 °C). Возможно также применение тепловизора данного класса для сложных оценочных работ, требующих одновременно простоты использования и портативности устройства. Многие портативные тепловизоры обладают возможностью подключения к ПК для оперативной обработки данных с них.

Применение тепловизора в той или иной сфере налагает определенные отпечатки на требуемые эксплуатационные характеристики данного устройства. Поэтому перед покупкой этого прибора вами должны быть оценены условия его использования. Поможет в этом инструкция. Тепловизор, приобретенный без должного ознакомления с правилами эксплуатации, может совершенно не подходить под ваши нужды. Например, тепловизоры, применяемые при охоте, должны иметь ударопрочный корпус из легкого сплава со степенью защиты не ниже IP54.

Желательно, чтобы это была моноблочная конструкция с индикацией на видоискателе и ЖК-экране. И видимая дальность охотничьих тепловизоров должна достигать 1500 м, тогда как в строительной сфере такие требования к тепловизорам не предъявляются.

Принцип работы тепловизора

Работа тепловизора основана на способности любого объекта генерировать тепловое излучение (ИК-излучение), интенсивность которого напрямую зависит от температуры объекта. Тепловизор фиксирует ИК-лучи на больших расстояниях, преобразуя их в удобный для восприятия человеком вид. Разность тепловых излучений различных объектов и позволяет видеть рельефы в темноте, а также холодные или горячие потоки. При этом красным цветом обозначаются максимально высокотемпературные участки, черным или синим — низкотемпературные.

Следует понимать принципиальное различие между такими устройствами, как тепловизор и прибор ночного видения. Разница состоит в их способности видеть в темноте. Тепловизор передает собственное ИК-излучение объектов, в то время как прибор ночного видения – отраженное и усиленное излучение-подсветку от других объектов. То есть выполнение функций прибора ночного видения тепловизором возможно, а вот построение теплокарты с помощью прибора ночного видения – нет.

Алгоритм работы тепловизора состоит из трех этапов:

  1. Фиксации ИК излучения.
  2. Преобразования его в температурные величины.
  3. Формирования термограммы – теплового изображения объекта, отображающего распределение температуры на поверхностях объектов.

Причем действия эти происходят мгновенно.

Несмотря на достаточно сложный принцип работы тепловизора, схема портативного приспособления не является слишком громоздкой.

Однако следует учитывать, что для достаточной четкости изображения на экране требуется наличие специальной оптики, с примесью германия. Именно этим и продиктована дороговизна профессиональных устройств. Их стоимость исчисляется тысячами, а иногда и десятками тысяч долларов. Согласитесь, сумма немаленькая.

Огромные возможности тепловизоров уже давно воодушевляют многих молодых людей на идею собрать это устройство собственноручно. И, к счастью, способы, позволяющие смастерить тепловизор своими руками и избежать столь внушительных трат, существуют. Конечно, если не предполагается использование прибора в профессиональных целях.

Три варианта реализации тепловизора в домашних условиях мы приводим ниже – выбирайте, какой вам понравится больше. А датчики для тепловизоров и другие элементы устройства можно купить в готовом виде.

Вариант № 1. Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Этот метод основан на том факте, что изначально матрицы всех фотоаппаратов великолепно фиксируют инфракрасное излучение, которое, собственно, и необходимо для работы тепловизора. Другое дело, что производители фототехники делают так, чтобы устройства видели то же самое, что и человеческий глаз. Для этого перед матрицей ставится специальный фильтр, поглощающий или отражающий практически все ИК-излучение – «тепловое зеркало», или hot mirror. Благодаря этому фильтру матричная кривая чувствительности становится аналогичной кривой чувствительности человеческого глаза. Поэтому сделать тепловизор своими руками из фотоаппарата просто, нужно лишь выполнить два действия — вынуть из фотоаппарата тепловые фильтры, а вместо них установить фильтр видимого спектра. Впрочем, как показывает практика, последнее не всегда обязательно.

Сфера применения самодельного тепловизора

Возможно ли использование тепловизора, изготовленного таким способом, в домашних нуждах? Вполне. Будет ли пригоден такой тепловизор для строительства или, к примеру, при охоте? Вполне вероятно. Во всяком случае, любителям отдыха на природе такое устройство точно придется по душе. С его помощью вы сможете контролировать приближение животных к вашему лагерю в ночное время, а также в тумане или клубах пыли проводить поиски заблудившихся членов группы.

Если в вашем распоряжении есть ненужная зеркалка, около 40 $ на ИК-фильтр, желание и возможность разобрать фотоаппарат, то попробовать этот вариант, конечно же, стоит.

Вариант № 2. Тепловизор своими руками с помощью инфракрасного термометра и платы Arduino

Идея этого метода очень проста. Чтоб создать тепловизор своими руками потребуется недорогой инфракрасный термометр — это такой прибор, который умеет измерять температуру конкретной точки пространства на небольшом расстоянии, и плата Arduino, через которую мы подключим его к RGB-светодиодам из какого-нибудь фонаря.

Плата Arduino представляет собой программно-аппаратное средство, предназначенное для построения непрофессиональными пользователями простых систем из сферы автоматики и робототехники.

Запрограммируем систему так, чтоб фонарный свет окрашивался в разные цвета в зависимости от показаний термометра. Сделаем традиционно, чтоб высокой температуре соответствовал красный цвет, а низкой — синий. Таким образом, направляя фонарь со встроенным термометром на любой объект, мы автоматически подсвечиваем этот объект соответствующим цветом, в зависимости от его температуры. Если к данному набору добавить еще и фотоаппарат, то вы не просто сможете видеть в цвете температуры поверхностей окружающих вас предметов, но и получите изображения, ничем не хуже тех, что позволяют увидеть даже самые дорогие тепловизоры.

Где можно использовать такой тепловизор?

Конечно, подобные устройства не такие, как тепловизоры для охоты. Своими руками сложно сделать мощный аппарат. Но представленный вариант вполне сможет пригодиться для домашних нужд, тем более что стоимость данной самодельной конструкции не превышает 50 долларов.

Вариант № 3. Усовершенствованный самодельный тепловизор для съемки статических объектов

Своим появлением на свет разработка обязана двум немецким студентам Максу Риттеру и Марку Коулу. Эти юные жители г. Миндельхейма изобрели довольно-таки простое в изготовлении устройство и получили за него награду в 2010 году на научно-техническом форуме.

Устройство состоит из двух сервоприводов (для горизонтального и вертикального перемещения), контроллера Arduino (ответственного за обработку сигналов и передачи данных в ПК), модуля бесконтактного датчика температур (например, MLX90614-BCI), лазерного модуля или лазерной указки (будет указывать на зону сканирования), корпуса и веб-камеры. Также понадобятся два резистора по 4.7 кОм и штатив.

Читайте также:  Ремонт охранной сигнализации квартиры

Камере отводится роль своеобразного видоискателя области сканирования, а также источника исходной картинки, с этой ролью способна справиться любая дешевая веб-камера (чем она меньше, тем лучше).

Данные, генерируемые датчиком, могут считываться с помощью шин SMBus и ШИМ. Наш случай допускает также использование датчика с индексами BCI. Питание 3V. Индексом BCI обозначается тип форм-фактора с насадкой, обеспечивающей узкий угол зрения в 5°.

Сборка

  • Размещаем плату Arduino в корпусе с батарейным отсеком.
  • Закрепляем серводвигатель при помощи суперклея или эпоксидки в переднем пустом пространстве платы.
  • Размещаем второй серводвигатель в поворотном устройстве и закрепляем всю конструкцию.
  • Подключаем инфракрасный термометр к Arduino, подсоединив для этого Ground к GND, SDA к PIN4 VIN к 3.3V и SCL к PIN5. Также установим резистор 4.7 кОм, подключив SDA к 3.3V и SCL к 3.3V.
  • Производим подключение Laser Card или же лазерной указки. Это для того, чтобы отслеживать, с какого места в настоящий момент происходит сканирование.
  • Устанавливаем веб-камеру так, чтобы ее направление точно совпадало с направлением ИК-датчика и лазера.

И все. Вы сделали тепловизор своими руками!

Для чего сгодится

Процесс сканирования объекта и выдача тепловой карты занимает около минуты, ведь датчик сканирует будущую картинку точку за точкой. Это, конечно же, абсолютно бесполезно для процесса охоты. Однако отличным помощником будет данный самодельный тепловизор для строительства и других ремонтных работ. Например, его можно использовать в качестве метода проверки на предмет нагрева электрических соединений или силовых сборок. Устройство позволяет не только видеть теплограмму, но и количественные величины температур.

Помимо медленной работы тепловизор имеет еще один недостаток – жесткую привязку к ПК, что делает его слабомобильным. Но в некоторых случаях возможности устройства и его стоимость вполне себя оправдывают – за все комплектующие вам придется выложить не более 200 у. е.

Выводы

Из описанных нами вариантов сборки самодельных тепловизоров напрашиваются два вывода:

  1. Смастерить тепловизор самостоятельно вполне возможно.
  2. Самодельный тепловизор имеет очень узкую область применения.

Поэтому если тепловизор вам необходим в глобальных целях, стоит отложить эксперименты и потратиться на высококачественную технику. Всем же, кто просто любит конструировать и кого вполне устроят возможности самоделок, можно дать совет – собирайте, экспериментируйте, и вполне может быть, что вам удастся переплюнуть достижения описанных нами самодельных вариантов и создать гораздо более совершенные тепловизоры для охоты своими руками. Дерзайте!

Тем, кто не особо дружит с паяльником и отверткой, но очень любит проводить время на природе, а также тем, кому в профессиональных целях может пригодиться визуализация температурных свойств предметов в диапазоне от 0 до 100 °C, рекомендуется обратить внимание на готовое полупрофессиональное оборудование. Например, на смартфоны с тепловизором Flir One.

Эти устройства вполне могут сослужить службу охотникам и путешественникам-экстремалам, поскольку удобны, мобильны, способны работать при температуре от 0 до 45 °C и высокой атмосферной влажности. И при этом стоимость такого устройства не намного отличается от затрат на всевозможные самоделки.

Как устроен тепловизор

Эти красивые картинки, все чаще и чаще встречающиеся на просторах интернета, называются термограммами. На самом деле термограмма – это простая таблица, в каждой ячейке которой хранится значение температуры. Для простоты восприятия человеческим глазом, зарегистрированные значения температур сопоставляют цветам заранее выбранной палитры. А откуда же берутся эти значения температуры? Конечно же, можно измерить вручную температуру в каждой точке поверхности каким-нибудь градусником, внести все данные в таблицу, потом раскрасить ее и потратить на это многие и многие часы. Лет пятьдесят назад делали именно так. Но сейчас для этих целей существуют тепловизоры.

По принципу работы современный тепловизор очень похож на зеркальный фотоаппарат, за исключением оптики и чувствительной матрицы. Конечно же, есть много специфических нюансов, но мы на них останавливаться не будем – рассмотрим только принципы, пока что, без углубления в детали.

Из курса физики известно, что любое тело, температура которого выше абсолютного нуля, является источником инфракрасного излучения. Именно эти волны, невидимые человеческому глазу, и регистрирует тепловизор, определяя, в зависимости от интенсивности излучения, температуру контролируемого объекта. Сердцем тепловизора является чувствительный элемент – болометрическая матрица, которая позволяет, говоря простыми словами, переводить излучение ИК-диапазона в электрический ток. Это самая нежная, сложная и дорогостоящая деталь тепловизора. От разрешения матрицы зависит качество получаемых термограмм, а именно точность и детализация измерения температуры.

Например, вот эта термограмма получена камерой с разрешением 120 на 120.

А следующая – 640 на 480. Разница очевидна. Тепловизоры, способные снимать в таком разрешении, сопоставимы по стоимости с трехлетним автомобилем представительского класса.

Второй по значимости составной частью тепловизора является оптика. Иными словами – объектив. По своей конструкции и основным характеристикам во многом совпадает с объективом зеркального фотоаппарата, за исключением материала изготовления. Стекло, которое прозрачно для солнечного света, через которое мы все прекрасно видим, совершенно не пропускает инфракрасное излучение. Поэтому объективы изготавливают из прозрачного для ИК-волн материала, чаще всего германия. Для человеческого глаза германий непрозрачен, бликует зеленоватым или красноватым оттенком.

У объектива тепловизора, так же как и у обыкновенного, есть фокусное расстояние, поле зрения, значение диафрагмы. Все законы и правила оптики, используемые при фотографировании, справедливы и для тепловизионной съемки.

На этом все, в следующих частях планирую рассмотреть основные моменты теории термографии. Задавайте вопросы, отвечу с удовольствием. Текст мой, увлечение мое, картинки чужие. На сладкое – обезьянка.

Тепловизоры: сохранят тепло и сэкономят деньги

Представьте ситуацию: вы утеплили дом, система отопления работает исправно, но в комнатах все равно холодно. Как узнать, почему так происходит? Другая история: вы собираетесь покупать готовый дом. Как узнать, хорошо ли он утеплен? Безопасна ли электропроводка? Исправно ли работают системы вентиляции и отопления? В каком состоянии пол и крыша? Чтобы ответить на все эти вопросы, достаточно одного тепловизора и нескольких минут вашего времени.


Современные тепловизоры — компактные и понятные в управлении приборы

Что такое тепловизор и как он работает

Тепловизор — это устройство, которое позволяет отследить распределение температуры исследуемой поверхности. Прибор состоит из оптики и сенсоров, которые работают в LWIR-диапазоне (инфракрасном). Обычные стеклянные линзы не пропускают LWIR-излучение, поэтому линзы для тепловизоров производят из германия (Ge) или халькогенидного стекла. Сенсор-микроболометр — это матрица миниатюрных тонкопленочных терморезисторов. Как работает тепловизор: объектив собирает и фокусирует на сенсоре инфракрасное излучение, которое нагревает элементы матрицы в соответствии с распределением температуры наблюдаемого объекта. В результате на экране видно распределение температур, где светлые пятна — теплые, а темные — более холодные.


Фото сверху — это то, как мы видим пейзаж. Фото внизу — тот же пейзаж на экране тепловизора

Мифы о сезонности инструмента

Есть мнение, что тепловизор – сезонный инструмент. Что использовать его можно только зимой, когда перепад температур воздуха в помещении и на улице не менее 15ºС. Летом обеспечить такую разницу, конечно, невозможно. Но по факту это и не нужно. Во-первых, тепловизор нужен не только для обнаружения источников потерь тепла. Во-вторых, существует технология проведения энергоаудита в любое время года. Дело в том, что при небольшом перепаде температур внутри и снаружи дома утечка более теплого воздуха в условиях естественной конвекции происходит слишком медленно. За это время его температура успевает сравняться с уличной. Но если скорость утечки увеличить, температура воздуха не успеет сравняться, и тепловизор обнаружит дефекты. Для создания таких условий используется приспособление под названием «Аэродверь». Это ширма с мощным встроенным вентилятором. Её устанавливают в дверной или оконный проём. Вентилятор создает необходимую разницу давлений внутри и снаружи помещения (порядка 50 Па) и, как следствие, сохраняет существующий перепад температур. Даже для бытовых тепловизоров достаточно разности температур от 0,5 до 2°С, чтобы провести полноценный тепловой аудит помещения.

Когда без тепловизора не обойтись

У многих сложилось обманчивое впечатление, что тепловизор можно использовать только для определения теплопотерь. На самом же деле современные тепловизоры позволяют выявить:

  • строительные дефекты как в частном, так и в многоквартирном строительстве. С их помощью можно провести полноценный энергоаудит здания;
  • появление влаги, например, ещё не проявившуюся течь кровли;
  • причины нарушения в работе теплого пола, отопления и водоснабжения;
  • расположение скрытых коммуникаций;
  • неисправность электропроводки;
  • дефекты систем вентиляции и кондиционирования.
  • Кроме того, некоторые модели тепловизоров можно применять для обнаружения цели во время охоты при недостаточной видимости.

Рассмотрим бытовые ситуации, с которыми нам приходится сталкиваться. Итак, что же сможет тепловизор на практике?

Найти строительные дефекты и провести энергоаудит

Если затраты на отопление подозрительно большие, если батареи горячие, а в доме холодно, вам необходимо провести энергоаудит, то есть понять, куда же уходит тепло. При сканировании строения тепловизором на экране четко видно зоны утечек тепла из дома или проникновения холодного воздуха с улицы. Полученные данные помогут найти и ликвидировать мостики холода. Таким нехитрым способом решается проблема лишних финансовых затрат и формируется комфортный климат в доме.

Читайте также:  Упражнения с аварийно спасательным оборудованием и инструментом


Тепловизионное обследование дома

Основные источники теплопотерь — это окна, двери, стыки стен и венцов, но бывают случаи, когда тепловые провалы обнаруживаются в самых неожиданных местах. Причины могут быть самыми разными, например, грызуны нарушили целостность теплоизоляции, или она намокла и потеряла свои рабочие качества. Случается, что при покупке каркасного дома новые хозяева обнаруживают приличные мостики холода из-за неправильно уложенной теплоизоляции или полного её отсутствия в некоторых местах. Вывод напрашивается сам собой: покупаете дом или квартиру – проведите тепловизионное обследование. Это займёт всего несколько минут, но поможет сэкономить массу времени, денег и, что немаловажно, нервов.


Места теплопотерь не всегда очевидны. Выявить их без тепловизора невозможно

Предотвратить протечку, гниение стропил и пола, образование плесени

Течь кровли или подтопление со стороны соседей сверху не всегда очевидны. Размытые пятна на потолке проявляются, когда вода уже прошла сквозь перекрытия. Но с момента образования течи до момента её обнаружения может пройти немало времени, которое важно использовать грамотно. Тепловизор выявляет влажные области, еще не видимые глазу.


Вот так на тепловизоре виден скат кровли, в котором уже образовались протечки

С тепловизором вы точно определите места протечки кровли или замокания перекрытий, тем самым предотвратите порчу имущества, гниение несущей конструкции и разрастание плесени.


«Холодные» цвета на теплограммах показывают влажные области потолка и стен

Влага может проникать в помещение снизу — через подвал или подпол. И если эта проблема не обнаружена вовремя, она обернется не просто плесенью на стенах и испорченным микроклиматом помещения. Деревянные перекрытия пола могут прогнить и провалится. Такие проблемы знакомы многим владельцам частных домов с низким фундаментом или с недостаточно вентилируемым подполом. Порча деревянных перекрытий происходит быстро и практически бессимптомно, поэтому особенно важно выявить проблему ещё на начальной стадии. Учитывая стоимость ремонта полов, тепловизор лучше всегда держать под рукой.


Черный цвет в углу показывает влажную область на стыке пола и стен

Точно определить место дефекта в работе систем отопления и водоснабжения

Холодные батареи и нарушение работы теплого пола для жителей некоторых регионов нашей страны — беда, недооценить масштаб которой невозможно. Если нет тепловизора, найти источник проблемы достаточно сложно. Если же инструмент имеется, выявить наличие и место образования воздушной пробки или течь водяного тёплого пола не составит труда.


Здесь отлично видна воздушная пробка в радиаторе отопления

А когда есть четкое понимание проблемы, устранить её – дело техники. Так же быстро и просто тепловизор обнаружит место течи горячей или холодной воды.


Результат тепловизионного обследования отопительной системы

Тепловизор можно использовать и для обнаружения скрытых коммуникаций, например, труб подачи воды. Достаточно отрегулировать температуру теплоносителя и просканировать поверхность.


Хорошо различимый дефект теплого пола

Выявить неисправности электропроводки

Определить «на глаз» работоспособность и безопасность электропроводки невозможно. Но при обследовании тепловизором картина проясняется, становятся видны все огрехи системы: можно выявить перетянутое, ослабшее или проржавевшее соединение с увеличенным сопротивлением. Cчитается, что о необходимости ремонта можно говорить при разнице температур аналогичных элементов в 15 ºС. Сканирование должно проводится при одинаковых нагрузках на всех исследуемых компонентах. Чтобы исследование электропроводки было адекватным, его должен проводить компетентный в данном вопросе мастер.


Тепловизор позволяет исследовать электропроводку и оперативно выявить дефекты в системе

Обнаружить проблемы с вентиляцией и кондиционированием

Нарушение работы вентиляции и кондиционирования сказываются на микроклимате помещения. Так, например, недостаточный воздухообмен приводит к распространению запахов в помещении, накоплению влажного воздуха и, как следствие, образованию и быстрому разрастанию плесени. Но чтобы устранить проблему, её необходимо выявить. Используйте для этого тепловизор: он точно укажет место течи хладогена из кондиционера или утечку воздуха в системе принудительной вентиляции.

При исследовании вентиляции принцип работы будет тот же, что и в случае с летним энергоаудитом. Встроенный в систему вентилятор сделает своё дело: нагнетаемый из помещения воздух под давлением будет сочиться через дефекты воздуховода, не успевая остыть до температуры наружного воздуха. Этого небольшого перепада температур достаточно, чтобы тепловизор зафиксировал места утечки.

Почему вам нужен именно Seek Thermal

Seek Thermal – линейка мобильных тепловизоров, которые доступны по цене, просты в управлении и дают точные результаты измерений. Они разработаны и произведены в США, поэтому обладают серьезными профессиональными характеристиками стационарных моделей. При этом мобильные тепловизоры Seek Thermal пригодятся не только строителям, но и каждому обладателю частного дома или дачи для бытового использования.

Seek Thermal Compact – это мобильные тепловизоры для смартфона или планшета. При очень компактных размерах они работают с удивительной точностью, поэтому используются как для бытовых, так и профессиональных нужд. Тепловизоры способны обнаруживать не только утечки тепла и холода, но и выявлять проблемы с электропроводкой. Эти модели можно использовать во время охоты: они позволяют «видеть» цель в любых погодных условиях даже в темноте. Seek Thermal Compactсовместимы с гаджетами под управлением на iOS и Android – устройств. Поддерживаемые порты: lightening, micro-usb и type-c. Перед их использованием необходимо установить специальное бесплатное приложение “Seek Thermal” из App Store или Google Play. Угол обзора моделей этой линейки от 20º до 36º, а дальность обнаружения от 300 до 550 м.


Тепловизор Seek Thermal Compact

Seek Thermal Shot – это линейка самостоятельных тепловизоров-моноблоков, которым не нужно подключение к смартфону или планшету. Небольшие, удобные в управлении инструменты незаменимы для энергоаудита дома, диагностики электропроводки, поиска мест локального нагрева и перегрева техники. Они бесперебойно работают при низких температурах и в жестких погодных условиях. Прочный корпус, сделанный по стандарту IP54, защищает приборы от ударов и падения с высоты. Тепловизоры линейки Seek Thermal Shot позволяют редактировать и анализировать тепловизионные фотографии на самом устройстве, передавать и транслировать изображения с монитора по Wi-Fi или через приложение Seek View. У этой линейки тепловизоров есть еще одна интересная функция — Seek Fusion. Она позволяет проводить анализ полученных изображений прямо на самом тепловизоре. Пользователь может изменить палитру, точку и (или) область изображения и при этом увидеть температуру новой области, то есть не нужно переснимать заново нужный фрагмент. Угол обзора моделей линейки Seek Thermal Shot от 36º до 57º, дальность обнаружения от 300 до 500 м.


Тепловизор Seek Thermal Shot Pro

Seek Thermal Reveal PRO – самостоятельный тепловизор, не требующий подключения к гаджетам. Его корпус настолько прочный, что защищает прибор при работе в жестких погодных условиях, например, в проливной дождь, и помогает выдержать падение со значительной высоты. Тепловизор Seek Thermal Reveal PRO подходит как для энергоаудита жилища и выявления дефектов в сети электропроводки, так и для охоты даже в плохих погодных условиях. При компактных размерах тепловизор оснащен экраном с высоким разрешением, что важно как для профессионального, так и для бытового использования.

Тепловизор Seek Thermal Reveal PRO

Как оценить выгоду от покупки тепловизора?

Всё просто: цена тепловизоров Seek Thermal составляет примерно от 5 до 10 процентов стоимости строительства дома за 1 млн рублей. Много это или мало? Просто представьте, сколько будет стоить ремонт, если вовремя не распознать протечку крыши, подмокший пол, неисправность в системе электрики — и выводы будут очевидны. А сколько денег вы спустите на воздух в прямом смысле слова, если будете отапливать улицу вместо комнат. И кто, кроме тепловизора, расскажет вам правду о качестве утепления, состоянии несущих конструкций и дефектах скрытых коммуникаций при покупке дома? Тут счет идет на десятки тысяч рублей!

Как сделать тепловизор своими руками

Основная функция тепловизора заключается в наблюдении за изменяющимся распределением температуры на какой-либо поверхности. Вся полученная информация отображается на дисплее, как цветовое поле, где каждый цвет соответствует определенному температурному значению. Современные модели тепловизоров могут быть стационарными и переносными. С помощью стационарных устройств контролируются различные технологические процессы, выполняемые на промышленных предприятиях. Переносные тепловизоры применяются в особых условиях, когда скорость и простота использования приобретают решающее значение.

Для работы тепловизоров годятся любые погодные условия. С их помощью составляются термограммы, проверяется качество утепления помещений, определяются наиболее холодные или теплые места в комнатах, источники сквозняков и места скопления воды из-за перепадов температур. Но, несмотря на все положительные качества, очень немногие могут приобрести его в личное пользование по причине довольно высокой стоимости. Поэтому многие умельцы пытаются изготовить тепловизор своими руками из подручных материалов.

Принцип работы тепловизора

Благодаря способности к идентификации тепловых волн, тепловизоры стали популярны во многих областях жизни и деятельности людей. Все неодушевленные предметы, наряду с живыми существами, производят излучение электромагнитных волн в достаточно широком диапазоне частот, в том числе и в инфракрасном спектре. Инфракрасное излучение часто называется тепловым. Степень его интенсивности находится в зависимости от температуры объекта и практически не изменяется при разной степени освещения.

Читайте также:  Г1 горючесть что означает

Данное свойство положено в основу работы тепловизора, не только фиксирующего тепловое излучение, выделяемое объектами, но и преобразующего в форму, доступную для визуального восприятия. С этой целью в приборе устанавливается специальный объектив с оптикой из германия. Данный материал применяется для изготовления линз, беспрепятственно пропускающих тепловое излучение. Обычное стекло нельзя использовать, потому что оно задерживает инфракрасные лучи.

Проходя через систему линз, инфракрасные волны задерживаются на специальной матрице. Она выполнена в виде микросхемы, состоящей из светочувствительных диодов, способных изменять сопротивление в зависимости от интенсивности воздействия на них инфракрасных лучей. Современные технологии позволяют создать матрицу компактной, с низкой энергоемкостью. Для улучшения качества изображения предусмотрено ее охлаждение с помощью программных и аппаратных средств.

Токовые посылки, прошедшие через матрицу, считываются процессором и преобразуются в видеосигнал, который выводится на внешний монитор или дисплей тепловизора. Разница температур объекта и окружающей среды дают вполне четкий контур изображения. Каждая волна в зависимости от температуры, отображается с помощью разных цветов. Для более удобного пользования прибором в некоторых моделях поверх кадра выводится шкала, отображающая соответствие разных точек изображения, значениям абсолютной температуры объекта. Дополнительно могут отображаться минимальные и максимальные значения температур.

Современные приборы обладают точностью вычислений в пределах 0,05 градуса, что дает возможность получить наиболее реалистичную картинку. Чаще всего настройка тепловизора выполняется на тепловые волны длиной 3-5,5 мкм. Это дает возможность снизить до минимума влияние на чувствительность прибора таких природных явлений, как дождь, снег, туман и дым.

Тепловизор своими руками из фотоаппарата

Одним из вариантов является самостоятельное изготовление тепловизора на базе фотоаппарата, в состав которого входит матрица со структурой, как и у настоящего прибора.

Изначально каждый фотоаппарат настраивается таким образом, чтобы человек получал изображения в натуральном виде. С этой целью устанавливается специальный фильтр, отражающий или поглощающий инфракрасные лучи. В результате, кривая чувствительности матрицы становится идентичной кривой человеческого глаза. Для того чтобы фотоаппарат стал выполнять функции тепловизора, из него нужно удалить фильтр инфракрасного излучения. Иногда вместо него устанавливается фильтр видимого спектра, не имеющий большого значения и не влияющий на качество изображения. Таким же образом можно изготовить тепловизор для охоты своими руками.

Готовый тепловизор может применяться в домашних условиях. С его помощью легко обнаружить места проникновения в помещение холодного воздуха, ликвидировать сквозняки и утечку тепла.

Тепловизор своими руками из смартфона

Сам смартфон невозможно превратить в тепловизор без использования дополнительного оборудования. Однако с недавних пор стала выпускаться специальная приставка Seek Thermal, являющаяся по своей сути мобильным миниатюрным тепловизором, с размерами, не более спичечного коробка.

Этот мини-прибор способен работать со многими смартфонами на базе Андроид версии не ниже 4.3. Он выполняет те же функции, что и настоящие фирменные тепловизоры, подключается через стандартные разъемы. Получается довольно легко собрать самодельный тепловизор своими руками. Несмотря на маленькие размеры, объектив камеры оборудован кольцом для фокусирования, а также чувствительным сенсором в виде матрицы на 32 тыс. пикселей, частота съемки у которой составляет 9 Гц. Основным достоинством прибора считается величина рабочего температурного диапазона в пределах от -40 до +330 0 С.

Смартфон для тепловизора является не только экраном, отображающим информацию, но и своеобразной вычислительной машиной. Все действия выполняются с помощью специального приложения Seek Thermal, обладающего широкими возможностями. Данная программа позволяет сделать выбор цветовой палитры, единиц измерения температуры, выполнить настройку изображения и много других операций.

Тепловизор из видеокамеры своими руками

Одним из способов самостоятельного изготовления тепловизора является вариант с использованием видеокамеры. Для этого нужно заранее подготовить все необходимые материалы . Следует запастись обычным инфракрасным термометром, комплектом светодиодов RGB, платой Arduino и самой видеокамерой.

Решение задачи, как сделать тепловизор своими руками достаточно простое, за исключением особенностей программирования платы. В самом начале выполняется подключение инфракрасного термометра к плате Arduino. Данный элемент позволяет определить температуру объекта в какой-либо конкретной точке. Сама плата выполняет промежуточную функцию. К ней подключаются заранее приготовленные светодиоды. Затем всю систему нужно запрограммировать таким образом, чтобы показания термометра совпадали с определенным цветом, который будут производить светодиоды. Если выполнить настройку в соответствии с общепринятыми стандартами, то высокой температуре будет соответствовать красный цвет, а более низким температурным показателям – синий.

Работоспособность всей конструкции проверяется путем направления на стену луча инфракрасного термометра. При этом светодиоды должны загореться установленными цветами. Однако такая проверка будет неполной в связи с отсутствием дисплея. Эта проблема легко решается с помощью обычной видеокамеры, настроенной на замедленную съемку. Снимки производятся через каждые 2-3 секунды, фиксируя освещение, исходящее от светодиодов. На дисплее отображаются соответствующие цветные пятна.

Тепловизор своими руками из веб-камеры

Одним из вариантов такой сборки является использование рабочей веб-камеры и датчика температуры MLX90614, предназначенного для сканирования объекта. Его единственным недостатком считается очень низкая скорость сканирования. Однако на фоне существенной экономии денежных средств, эта проблема не имеет решающего значения.

Дополнительно понадобятся: плата Arduino, два сервопривода с корпусами, штатив, резисторы на 4,7 кОм – 2 шт., лазерная указка. Источником исходного изображения служит веб-камера, она же выполняет функции видоискателя.

С помощью двух сервоприводов осуществляется движение в горизонтальном и вертикальном направлениях. Нижний горизонтальный привод закрепляется на штативе, сюда же устанавливается лазерная указка. На вертикальный сервопривод прикрепляется веб-камера и датчик температуры. Датчики Arduino подключаются по специальной схеме. Далее, когда тепловизор из камеры своими руками полностью собран, вся конструкция помещается в общий корпус и закрепляется на штативе. После этого можно начинать сканирование выбранной области. При этом лазерная указка выполняет функцию целеуказателя во время проведения съемки.

Самодельный сканирующий тепловизор из ик-датчика


Недорогой тепловизор своими руками

Тепловизор – прибор для измерения распределения температуры поверхностей, бесконтактным, визуальным способом. Как правило, карта распределения температуры отображается на встроенном в тепловизор цветном дисплее (или последующая передача данных в компьютер) в виде цветного изображения, где красный цвет обозначает наиболее высокотемпературные участки, а черный или синий – низкотемпературные участки. Такие приборы стоят очень дорого (несколько тысяч долларов) и позволяют определять температуры динамических (движущихся объектов) в режиме реального времени.

Но, такой функционал нужен не всегда и в данной статье описывается процесс изготовления самодельного сканирующего тепловизора, стоимость которого не превышает 200$. Процесс сканирования объекта занимает примерно с минуту. Данный тепловизор подойдет для съемки статических обьектов.

В устройстве используется два сервопривода (для перемещения по горизонтали и вертикали), контроллер Arduino (для обработки сигналов и передачи данных в персональный компьютер), лазерный модуль или лазерная указка (чтобы вы видели зону сканирования), сам модуль бесконтактного датчика температуры MLX90614ESF, корпус и поворотное устройство.

Примеры изображений карты температуры поверхностей, полученных с данного тепловизора:

Список используемых элементов:

Модуль Laser Card – 8$ (можно заменить лазерной указкой):
Поиск модуля на AliExpress, модуль на Sparkfun

Вебкамера Microsoft LifeCam VX-700

Поворотное устройство (2 координаты) Lynxmotion Pan and Tilt Kit:
Aliexpress 5-7$, Robotshop.com 9.95$, lynxmotion.com 9.95$

Датчик MLX90614

MLX90614 – инфракрасный термометр в корпусе TO-39. Даташит PDF.
Данные с датчика могут быть считаны при помощи шины SMBus или ШИМ. В нашем случае используется датчик с индексом DCI или BCI. Питание 3В. Индекс I обозначает тип форм-фактора, I – с насадкой для обеспечения узкого поля зрения в 5° (см. рисунок выше).

Сборка тепловизора

1. Для начала необходимо разместить плату Arduino в корпус с батарейным отсеком
2. При помощи суперклея или эпоксидки закрепите серводвигатель в пустом пространстве впереди Arduino.
3. Разместите второй серводвигатель в поворотное устройство и закрепите всю конструкцию на серводвигателе.
4. Теперь, необходимо подключить MLX90614 к Arduino. Для этого подсоедините Ground к GND, Vin к 3.3V, SDA к pin 4 и SCL к pin 5. Также, установите резистор 4.7 кОм от SDA к 3.3V, а второй от SCL к 3.3V. Смотрите схему ниже.

5. Подключите Laser Card или лазерную указку. Лазер нужен для того, чтобы вы могли видеть, где в настоящий момент сканирует тепловизор.
6. После, необходимо установить вебкамеру и сориентировать ее точно с ИК датчиком и лазером, чтобы они были направлены в одну и ту же точку. На этом сборка тепловизора закончена.

Программное обеспечение Arduino

Скачать скетч для конфигурирования датчика. После заливки данного скетча в Arduino, откройте Serial Monitor и нажмите клавишу. Программа изменит настройки EEPROM датчика. Это требуется сделать только один раз. После того, как увидите надпись “Finish” отсоедините Arduino от ПК и присоедините его снова.

Скачать главный рабочий скетч Arduino.

Дополнительно, понадобится библиотека I2CMaster.

Программное обеспечение для компьютера

ПО для компьютера написано на JAVA, поэтому вам понадобится Java Runtime Environement. ПО работает под Windows, Linux или Mac OSX в 32-bit & 64-bit. Однако, если запускается под Windows 64 бит, то лучше установить 32-битную версию JAVA. Скачать.

Оцените статью
Добавить комментарий