Инфрачервени термокамери

технически особености и приложения

Преди започване на строителните работи на повечето обекти е необходимо да бъдат направени геодезически измервания. Начините, по които тези измервания се извършват, са се променили до неузнаваемост през годините.
Както в много области на строителната индустрия, така и в ежедневието, иновациите и новите технологии навлизат изключително бързо само за няколко години. Геодезията също напредва и технологията на геодезическите измервания се подобрява непрекъснато.

Инфрачервената термография е метод за визуализация на даден обект чрез инфрачервените лъчи, които той излъчва, посредством специализирани прибори/устройства. Както следва от закона на Планк за абсолютно черно тяло, инфрачервената термография позволява виждането на предмети в условията на пълна липса на светлина. Термографските прибори засичат инфрачервената радиация от електромагнитния спектър (с приблизителна дължина на вълната между 0,9 и 14 µm). Колкото по-висока е температурата на сканирания обект, толкова по-голяма е радиацията, която той излъчва. Инфрачервената термография намира широко приложение във военното дело и областта на сигурността. Други области, в които тя се прилага, са огнеборството и биологията.

Сензорите от типове CCD и CMOS, които се използват във фотографските камери за видима светлина (фотоапарати), са чувствителни само към не-топлинната част на инфрачервения спектър, наричана близка инфрачервена област, но не и към областите от инфрачервения спектър, използваеми за инфрачервена термография (средно- и дълго-вълнова инфрачервена). Повечето камери за инфрачервена термография използват специализирани матрици (FPA, focal-plane array) от чувствителни към инфрачервеното (топлинно) лъчение елементи, разположени във фокалната равнина на обектива, които са способни да регистрират по-големи дължини на вълните (3-5 и 8-14 микрометра). Най-разпространените матрици са изработени на базата на InSb, InGaAs, HgCdTe. Най-новите технологии използват евтини и неохлаждани микроболометрични сензори. Техният растер е значително по-малък от този на съответните фотоапарати за видима светлина, най-често от 160x120 до 640x512 пиксела. Термографските апарати са много по-скъпи от съответната фотографска апаратура. По-старите болометри или по-чувствителните като тази с InSb сензори изискват криогенно охлаждане, напр. с миниатюрен охладител с цикъл на Стърлинг или с течен азот.

Инфрачервени термокамери
Инфрачервената термография използва инфрачервения светлинен диапазон (700nm–1mm), за измерване на топлинното излъчване на телата. Поради поглъщането на инфрачервеното излъчване в атмосферата, за практически цели се използват значително по-тесни спектрални диапазони или така наречените инфрачервени прозорци. За термографията от най-голямо значение е спектърът от 7,5 до 14µm, който е и работният диапазон на болшинството микроболометрични и пирометрични прибори.

Приложение на инфрачервените термокамери
Системите с инфрачервени камери имат изключително приложение в широк обхват от сфери и дейности. С тях се извършва безразрушителен контрол и диагностика както на компрометирани части от строителните конструкции, така и като превантивна мярка и експлоатационен контрол. Инфрачервените камери имат важна роля за контрола на работата на различни електрически уредби (те са стандарт при измерването на електрически вериги). С тези камери може да се обследват сградите на енергийна ефективност. Обследване на помпени станции, ОВиК инсталции. В химическата промишленост, метеорология, астрономия, криминалистика, изследователска дейност, биология, спорт и мн. др.

Предимства на инфрачервените термокамери
Инфрачервените термокамери имат няколко много съществени предимства, заради които, освен техническите параметри, намират приложение като ефективен метод за контрол и диагностика в много области. При работа с инфрачервени термокамери е налице незабавна обратна връзка; Улавят движещи се обекти в реално време; Приложими за измервания в труднодостъпни или опасни места; Възможност за измерване само от едната страна на обекта; Предоставят подробни картини с надеждна информация; Служат за цялостно изследване на обектите; Безконтактен и безразрушителен метод за определяне състоянието на конструкциите; Преносими са.

Някои ограничения при работата с инфрачервени термокамери
При работата с инфрачервени термокамери има известни ограничения, които не позволяват безразборното им използване или ограничават в известен аспект обследването. За да се извършви успешно обследване, е необходимо сериозно обучение и опитни оператори на прибора/устройството; За да бъде ползотворно използването на подобни уреди, трябва предварително да са събрани всички необходими данни за условията на работа и обследваните обекти; При работа трябва да се има предвид, че с отдалечаване от обекта (или промяна на ъгъла) камерите стават чувствителни, а резолюцията им намалява; Точността на камерите е по-малка при неправилно настроен коефициент.

Приложение на ифрачервените камери за обследване на строителни конструкции
Обследването на сградите е съществена част от целия процес на тяхната експлоатация. Откриването навреме на някои компрометирани участъци в конструкцията или повреди в инсталациите ще спести както средства, така и ще се предпази от задълбочаване на проблема и възникване на по-сериозни щети в конструкцията, инсталациите и изолациите. Когато се извършват ремонти, най-често съпроводени с разкъртвания на стени, облицовки и плочки, с помощта на инфрачервените камери също може да се проследи дали някъде има нарушени елементи, технологично оборудване и инсталации или да се провери дали съответните ремонтни дейности са качествено и надеждно извършени. Когато се закупува жилище, е препоръчително предварително то да бъде обследвано с инфрачервена камера, за да се предвидят евентуални допълнителни разходи за ремонт или реконструкция, или просто за гарантиране на сигурността на бъдещите ползватели.

Но най-важното, което трябва да се има предвид, и един от плюсовете на тези устройства е, че чрез тях се извършва безконтактно и безразрушително обследване на конструкцията. Освен това има силно превантивен характер за откриване на структурни дефекти в сградата.

С инфрачервената термография качествено и надеждно може да се установят електрически повреди, които биха могли да станат причина за възникване на пожар. Да се проследи състоянието на електрическите вериги – дали са претоварени, състоянието на прекъсвачите (отчита се ако имат нужда от смяна).

Всеки разчита на топлоизолацията в своя дом/сграда да му осигури нужните за комфортно обитаване условия. Но ако топлоизолацията е повредена, нейната употреба е не само неефективна, но и би могла да увеличи експлоатационните разходи. Например, с инфрачервените камери се откриват дефекти като повредена (разрушена структура) или мокра топлоизолация. Определят се местата в помещението, където има проникване на влага, която може да доведе до мухъл, или проникване на въздух (студен/топъл) – под прозорци, около врати, тавани и подове. С инфрачервените камери се откриват скрити течове в покрива и то доста преди да са предизвикали сериозни щети. Още: невидими течове във ВиК арматурата, въздушни течове в компресора на климатика, течове в циментови замазки, течове в басейни и др., опасно изтичане на въглероден окис.

Приложение на ифрачервените камери за повишаване на енергийната ефективност на сградите
Резултатите от изследване, проведено в САЩ, показват, че 38% от средните загуби на енергията от сградите се дължат на скрити течове, липсваща топлоизолация или монтирана такава, неотговаряща на съответните стандарти и изисквания, неуплътнени прозорци, лошо затварящи се врати, структурни дефекти и много други, които обикновено остават скрити и не могат да се отчетат с невъоръжено око. Тези изброени проблеми могат да бъдат лесно локализирани с помощта на изследване с инфрачервени термокамери и веднъж локализирани, да бъдат отстранени и да се предприемат превантивни мерки, за елиминиране на последваща поява.

За енергийната ефективност на сградите съхраняването на енергията има решаваща роля. Системите с инфрачервени камери имат изключително голямо приложение за отчитане на пропускането на въздух в сградите и за откриване на източници на загуба на топлина.

Всеки обект с температура над абсолютната нула (-273,15°C) излъчва топлина и всеки компонент, излъчващ или приемаш енергия, се загрява. Топлинното излъчване, обаче, не може да се види с невъоръжено око. С термографския анализ се извършва задълбочено и надеждно изследване и наблюдение на енергийната ефективност. Инфрачервените камери създават изображение, видимо за човешкото око, чрез преобрзуване на топлинното (инфрачервено) излъчване в електрически сигнал. помощта на камерата невидимите за човешкото око топлинни потоци се улавят и преобразуват в инфрачервени снимки - т. нар. термограми. На термограмите разпределението на топлината по повърхността на изследваните елементи се визуализира в различни цветове според измерените температурни стойности, като светлите цветове отговарят на топли повърхности, а тъмните цветове - на студени. По този начин термографията прави възможно да се видят загубите на топлинна енергия, да се установят точно местата и причините за тях. Анализът на температурното разпределение в термограмите дава възможност да се локализират точно неуплътнените и проблемни зони от външната конструкция на сградите с повишена топлопроводимост. Посредством термографското обследване може да се установи енергийното състояние на външните стени на сградата, качеството на изолацията, местата с висока загуба на енергия, както и дефектни връзки по конструкцията. Камерите са подходящи и за приложение при диагностика на отоплителни и водопроводни инсталации, за откриване на горещи и студени точки, прекъсване при подово отопление, панелни отоплителни системи, повредена или неправилно функционираща лъчиста система за отопление и др. Прилагат се и за наблюдение на фотоволтаични системи – проверка на панелите, прегряване на инверторите и др.

Подготовка преди извършване на изследването с инфрчавервена термокамера
За да бъде извършено качествено изследване с инфрачервена термография, жилището/сградата трябва да е предварително подготвена, за да се улеснят всички аспекти на топлинното сканиране. Вътрешните стени са обект на проверка само ако има съмнения за скрити течове и проблеми с ел. инсталациите. За да се извърши тяхното обследване, трябва да бъде осигурен свободен достъп – да се преместят мебели, уреди, завеси или карини от стените. Външните стени трябва да са ясно видими за камерата. Блокираните области могат да прикрият скрити проблеми.

Оптималното време за извършване на изследването е на разсъмване или привечер. При проверка на плосък покрив (през летните месеци), добавената топлина от силните слънчеви лъчи върху всяка равна повърхност на покрива ще доведе до намаляване на ефективността на термичното сканиране.

Получените изображения от инфрачервените камери допълнително се анализират със специализиран софтуер, който генерира резултати с възможните тълкувания на проблемните участъци.