Thermovision

Termografia je zobrazovacia metóda, ktorá zviditeľňuje infračervené spektrum, ktoré je inak pre ľudské oko neviditeľné. Zariadenie, ktoré možno použiť na pozorovanie tejto časti elektromagnetického spektra, je termovízia.

Keďže všetky telesá s teplotou vyššou ako absolútna nula (-273,15 °C = 0 K) - prakticky všetky skutočné telesá na Zemi - vyžarujú tepelné žiarenie, termovízia sa dá použiť na meranie povrchovej teploty akéhokoľvek objektu.

Každé teleso na Zemi vyžaruje zo svojho povrchu elektromagnetické žiarenie, ktoré je úmerné jeho teplote a ktoré možno zachytiť termokamerou.

Termovízia v zásade funguje tak, že sa pomocou optických šošoviek sústredí lúč vysielaný pozorovaným telesom na detektor, ktorý generuje elektrický signál úmerný vysielanému žiareniu. Signál sa zosilní pomocou digitálneho spracovania signálu a transformuje sa na výstupný signál, ktorý zodpovedá telesnej teplote.

Termokamera označuje celý komplex zariadení, ktoré sa používajú od detekcie signálu, cez jeho spracovanie až po jeho interpretáciu vo forme zverejnených informácií.

Konkrétne využitie termokamier závisí okrem iného od toho, či ide o model s kvantovým alebo termálnym detektorom, pričom kamery s termálnym detektorom sú k dispozícii oveľa častejšie vzhľadom na možnosti ich širokého využitia, ako aj vzhľadom na obstarávaciu cenu, ktorá je v prípade termokamier s termálnym detektorom výrazne nižšia.

Termovízia má v súčasnosti nezastupiteľné miesto v mnohých priemyselných odvetviach, pri pozorovaní prírody a voľne žijúcich živočíchov, v medicíne a výskumných aplikáciách a vo vede, pri hasení požiarov a bezpečnosti alebo v kombinácii s dronmi, tzv. bezpilotné lietadlá.

Použitie pri hasení požiarov:

Termokamera sa často používa pri zisťovaní tepelných strát v stavebníctve a strojárstve, pri prediktívnej údržbe elektrických strojov a zariadení, pri vyhľadávaní poškodených fotovoltaických panelov, chybných ložísk.

Je vhodné spomenúť aj koncept aktívneho termálneho zobrazovania, ktorý sa zaoberá defektoskopiou a diagnostikou materiálov v letectve, metalurgii, výrobe kompozitných materiálov a iných podobných aplikáciách.

Termovízne zobrazovanie možno použiť na vzdialenosť desiatok metrov, ako aj na vzdialenosť niekoľkých centimetrov. Niektoré termokamery dokážu v prípade zisteného rizika vysielať aj varovné zvukové alebo optické signály, čo ďalej rozširuje možnosti využitia termovízie.

Spoločnosť Teledyne FLIR (predtým FLIR systems) je jedným z najznámejších výrobcov termovíznych systémov s dlhou históriou, ktorý ponúka rôzne termovízne kamery, pričom si vždy môžete vybrať kameru, ktorá sa hodí na konkrétnu aplikáciu podľa potrieb používateľa.

Termovízia v stavebníctve

Tepelné straty budov významne ovplyvňujú celkové náklady na prevádzku a teplota v miestnostiach významne ovplyvňuje tepelnú pohodu. Termovízna kontrola v stavebníctve je jednou z najzákladnejších aplikácií termovíznych systémov.

Výber správneho termovízneho systému pre stavebníctvo

Vhodnou termokamerou strednej triedy je FLIR E54. Na výber je však veľmi široké portfólio termovíznych systémov na použitie termovízie v stavebníctve, pretože ide o veľmi univerzálnu aplikáciu. Môžu to byť napríklad FLIR E6-xt, FLIR E8 Pro, FLIR E76 a ďalšie.

Termovízia v diagnostike elektrických zariadení

Termokamery sa často používajú na diagnostiku elektrických rozvodov, zariadení a vysokonapäťových rozvodov. Okrem použitia termokamier v stavebníctve možno túto aplikáciu považovať za kľúčovú, ktorá sa s termokamerami spája už od ich prvého priemyselného nasadenia. Hoci pôvodne išlo o veľmi drahú technológiu, dnes je možné kúpiť vhodné modely termokamier pre túto aplikáciu za niekoľko desiatok tisíc korún.

Praktické skúsenosti ukazujú, že v zariadeniach, ktoré nie sú pravidelne monitorované termokamerami, sa vyskytuje 3 až 15 potenciálne nebezpečných porúch s rizikom vzniku požiaru.

Princíp funkcie

Najčastejšie používaná termovízna metóda kontroly elektrických inštalácií je založená na porovnaní skutočnej povrchovej teploty danej časti elektrickej inštalácie s tzv. referenčné teploty. V prípade trojfázových rozvodov (ktoré sú v priemysle najbežnejšie) je preto dobrým postupom systematické monitorovanie všetkých troch fáz súčasne s cieľom vyhodnotiť, či sa namerané povrchové teploty na skúmanom komponente líšia od ostatných častí, kde sa očakáva bezporuchový stav. Táto metóda vychádza zo skutočnosti, že všetky tri fázy sú rovnako zaťažené, a preto majú rovnakú alebo aspoň približnú teplotu. Tento postup vychádza z normy ISO 18434-1, ktorá poskytuje aj metodické informácie o diagnostike elektrických strojov a zariadení.

Výber správneho termovízneho systému

Pri výbere vhodnej termokamery na kontrolu elektrických zariadení je potrebné zohľadniť rozlíšenie a parametre objektívu. Ak budeme diagnostikovať len blízke objekty menších rozmerov (t. j. napríklad rozvodné skrine vo výrobnom závode), pri ktorých môžeme stáť dostatočne blízko, postačí termokamera s nižším rozlíšením, ako je napríklad termokamera FLIR E6xt alebo FLIR E8 Pro. Na druhej strane, ak diagnostikujete väčšie technológie, ktoré sú tiež vzdialené, budete potrebovať termokameru s vyšším rozlíšením, ako napr. Termokamera FLIR E96. Pre diagnostiku vysokonapäťových rozvodov, veľmi vzdialených alebo veľmi veľkých objektov možno odporučiť termokameru FLIR T540 alebo dokonca termokameru FLIR T1020 HD.

Termovízne zobrazovanie pre hasenie požiarov a požiarnu bezpečnosť

Princíp používania termovíznych kamier v systémoch včasného zisťovania rizika požiaru je založený na vyhodnocovaní teplotných trendov snímaných objektov. Termovízny merací systém musí byť schopný vyhodnotiť neobvyklé oteplenie a teplotné trendy. Tie sa vyskytujú hodiny, dni a často aj týždne pred požiarom (napríklad v dôsledku opotrebovania ložísk na dopravníku uhlia sa zvyšuje povrchová teplota a následne vzniká riziko požiaru).

Špecifické zobrazovacie funkcie termovíznych systémov FLIR výrazne uľahčujú lokalizáciu porúch. Ide najmä o funkcie MSX a obraz v obraze alebo miešanie teplôt. Funkcie kombinujú reálnu fotografiu a termogram (tepelný obraz), takže na fotografii je jasne vidieť, kde sa nachádzajú jednotlivé prvky vykurovacieho systému.

Vhodné termokamery na toto použitie sú najmä stacionárne modely. Tzn. Termovízne zariadenia, ktoré nie sú určené ako osobné, prenosné meracie zariadenia, ale ako zariadenia, ktoré sú zvyčajne pevne umiestnené na mieste a trvalo monitorujú vopred vybrané objekty v režime 24/7.

Rôzne termovízne systémy založené na ich mobilite sú však vhodné pre zásahové vozidlá hasičov a tiež ako ich osobné vybavenie. Termokamery FLIR série K sú špeciálne navrhnuté na tento účel. Tieto termokamery sú cenovo dostupné, ale plne profesionálne na hasenie požiarov, so všetkými funkciami potrebnými na toto použitie.

Termokamery FLIR série K majú ergonomický dizajn s jednoduchým ovládaním aj v rukaviciach, obrazové funkcie na zvýraznenie scény (MSX a iné) a vysokú teplotnú odolnosť. V závislosti od konkrétneho modelu majú tieto termokamery odolnosť proti pádu z výšky 2 metrov, stupeň krytia IP67 a schopnosť plnej prevádzky aj pri teplotách okolia až do +500 °C. Okrem toho sa dajú ľahko ovládať aj v rukaviciach.

Termokamera pre hasičské vozidlá

Základom celého systému je termokamera, ktorú možno ovládať pomocou otočných motorov. Kamera sa potom dá ovládať na diaľku priamo z kabíny vozidla prostredníctvom vzdialeného pripojenia z tabletu. Termokamera je samozrejme dostatočne odolná.

Termovízne zobrazovanie na detekciu úniku plynu

Moderné termokamery dokážu veľmi účinne odhaliť aj únik plynov, ktoré sú pre ľudské oko neviditeľné. Niektoré plyny používané v priemysle sú škodlivé pre životné prostredie a ich úniky stoja spoločnosti značné finančné prostriedky.

Pri použití na detekciu plynov je termovízia rýchlym, bezkontaktným meracím nástrojom, ktorý sa dá použiť aj na ťažko prístupných miestach. Termovízia dokáže odhaliť malé úniky na vzdialenosť niekoľkých metrov, ako aj veľké úniky na vzdialenosť stoviek metrov.

V súčasnosti sa najčastejšie používajú termovízne kamery v pásme MWIR, ktoré majú odozvu detektora 3 - 5 μm, ktorá je ďalej spektrálne prispôsobená približne 3,3 μm pomocou chladeného filtra. Ide o základnú funkciu, ktorá umožňuje kamere detekovať plyny bežne sa vyskytujúce v petrochemickom priemysle. Termokamera dokáže odhaliť mnoho plynov, ale najčastejšie sa používa na kontrolu únikov týchto plynov: benzén, bután, etán, etylbenzén, etylén, heptán, hexán, izoprén, MEK, metán, metanol, MIBK, oktán, pentán, 1-pentán, propán, propylén, toluén, xylén.

Termokamery na pozorovanie prírody a detekciu zveri

Jednou z hlavných výhod použitia termovízie na pozorovanie prírody je, že "vidí" aj v úplnej tme alebo cez vegetáciu. Vďaka termovíznej kamere je možné pozorovať voľne žijúce zvieratá a prírodu cez hmlu, dym a dokonca aj cez vegetáciu. Na rozdiel od prístrojov na nočné videnie však vyžadujú teplotný alebo materiálový kontrast medzi pozorovaným objektom a okolím. Teplotný kontrast je však len mierny, t. j. 0.03 °C.

V posledných rokoch sa tempo spoločnosti zrýchľuje, rovnako ako rýchlosť poľnohospodárskych strojov a množstvo obrábanej pôdy v rekordne krátkom čase, čo je však, žiaľ, spojené aj s často neúmyselným zabíjaním voľne žijúcich živočíchov, ktoré žijú na poliach. Spomedzi cicavcov sú týmito poľnohospodárskymi činnosťami najviac postihnuté mláďatá zajaca poľného a srnčej zveri, ktoré sa v nebezpečenstve držia pri zemi, aby sa ochránili pred predátormi.

Tento problém sa dá celkom účinne vyriešiť použitím moderného termovízneho systému.

Použitie termovízie je možné a výhodné, pretože termovízna kamera pracujúca v pásme LWIR môže čiastočne "vidieť" cez vegetáciu. Hľadanie výrazne uľahčuje teplotný kontrast medzi hrou a okolím. Za určitých okolností a pri podrobnom výskume možno pomocou termokamery ľahko dosiahnuť 100 % úspešnosť. Pre úspešné použitie termovízneho systému je najdôležitejším parametrom teplotný kontrast medzi hľadanou zverou a okolím.

Výber správnej termokamery na pozorovanie prírody

Pri výbere termovíznych kamier na účely pozorovania prírody a voľne žijúcich zvierat môžu byť termovízne kamery buď ručné, prenášané na kosačkách, alebo aj termovízne kamery namontované na dron.

Základné parametre, ktoré sa líšia medzi jednotlivými modelmi termokamier, sú rozlíšenie detektora a kvalita optiky.

Najjednoduchšie je vybrať termokameru podľa očakávaného "rozsahu", t. j. v akej vzdialenosti potrebujete zistiť, aký veľký je objekt. Medzi najzákladnejšie prenosné modely vhodné na toto použitie patrí termokamera FLIR Scout - malá a veľmi ľahká prenosná termokamera.

Termokamery pre medicínu a veterinárnu medicínu

Termovízne zobrazovanie má vysoký stupeň diagnostickej špecifickosti, dokáže vyhodnotiť zdravé subjekty, ako aj prvé odchýlky od ideálneho zdravého stavu. Povrchová teplota akéhokoľvek organizmu úzko súvisí s jeho zdravotným stavom, čo je predpokladom pre využitie termovízie v medicíne. Všetky zápalové zmeny úzko súvisia so zmenami lokálnej alebo celkovej telesnej teploty. Už od čias Hippokrata sa teplota považuje za jeden z najdôležitejších parametrov na hodnotenie ľudského zdravia.

Na základe viacerých výskumov sa zistilo, že ľudské telo je tzv. tepelne symetrické, a preto je možné pomocou termokamery porovnať teplotu povrchu na pravej a ľavej strane (ruka, noha, líce...).

Priemerná telesná teplota na povrchu kože zdravého človeka sa pohybuje približne medzi 35,8 °C a 37 °C (tzv. prirodzená teplota). Termovízia v spojení so zvýšením povrchovej teploty kože sa tak môže použiť na detekciu prakticky všetkých typov vírusových alebo bakteriálnych ochorení u ľudí (vtáčia chrípka, prasacia chrípka, SARS, koronavírus atď.).

Termokamera môže byť schopná zistiť zmeny teploty o 0,05 °C alebo dokonca o 0,03 °C. Zistiť zmenu teploty u chorého človeka (v porovnaní s referenčnou hodnotou) o 1 °C alebo dokonca o 2 °C je pomerne jednoduchá záležitosť, aj keď sa zohľadnia všetky možné neistoty.

Termovízne systémy sú také citlivé na zmeny teploty na povrchu ľudskej kože, že sa často a úspešne používajú v onkológii a športovej medicíne, kde sa hodnotia zmeny teploty (rádovo menšie) ako pri skríningu infekčných chorôb.

Využitie termovízie vo veterinárnej medicíne

Termokamery sa môžu účinne používať na monitorovanie zdravia zvierat, t. j. vo veterinárnej medicíne, ako aj v humánnej medicíne. Jednou z klasických aplikácií termovízie je oblasť diagnostiky zdravia končatín. Termokamery sa v súčasnosti najčastejšie používajú na detekciu a lokalizáciu zápalových ochorení, ktoré sa prejavujú výrazným zvýšením povrchovej teploty v bezprostrednej blízkosti miesta zápalu.

Ak je termokamera zvolená vhodne, t. j. s vhodným objektívom a rozlíšením možno monitorovanie pomocou termokamier vykonávať z dostatočnej (bezpečnej) vzdialenosti bez rizika ohrozenia zdravia monitorovaného zvieraťa.

Výber termovízie na použitie v zdravotníctve

Pre mnohé nemocnice a lekárov, ako aj pre mnohých veterinárov, žrebčín alebo dokonca zoologické záhrady bolo obstaranie termovízie donedávna často cenovo nedostupné. V súčasnosti sú k dispozícii prístroje s dostatočným rozlíšením a teplotnou citlivosťou, ktoré nachádzajú praktické uplatnenie v týchto oblastiach.

V zásade sa používajú dva typy termovíznych kamier FLIR, t. j. ručný termovízny systém a stacionárny termovízny systém. Oba systémy fungujú na rovnakom fyzikálnom princípe, používajú rovnaké typy prístrojov, ale líšia sa svojou konštrukciou a obslužnosťou (možnosť záznamu, špecifické funkcie atď.).

Medzi hlavné výhody mobilného termálneho zobrazovania patrí jeho ľahká prenosnosť, dlhá životnosť batérie a nižšia obstarávacia cena. Výhodou stacionárneho termovízneho systému je vyššia presnosť na úkor vyššej obstarávacej ceny.