در انتخاب یک دوربین ترموگرافی ، معمولا برند ، قیمت و تعدد امکانات دوربین نمیتواند دلیلی بر مناسب بودن آن دوربین برای کاربرد و نیاز ما باشد . در صنعت ، پزشکی و کاربردهای عمومی ترموگرافی ، این پارامترهای یک دوربین هستند که نقش تعیین کننده ای در انتخاب ما دارند . در این نوشته به تشریح پارامترهای فنی دوربین ترموگرافی و نقش هر یک از این پارامتر ها در پوشش دهی نیاز ما ، پرداخته می شود .
دوربین های ترموگرافی که با نامهای مختلفی چون ترموویژن ، ترموگراف ، گرمانگار مادون قرمز و دوربین های حرارتی نیز شناخته می شوند یکی از پر کاربردترین ابزارهای شناسایی عیوب در نگهداری و تعمیرات مبتنی بر پایش وضعیت به شمار می روند . در کل هر عیبی که خود را با اختلاف حرارت آشکار کند با دوربین های ترموگرافی قابل شناسایی هستند . در ادامه به تشریح موارد متعددی از قبیل دامنه کاربرد این دوربین ها ، پارامترهای کلیدی هر دوربین و … خواهیم پرداخت .
نحوه کارکرد دوربین های ترموگرافی :
در طبیعت هر جسمی که دمایی بالاتر از صفر مطلق یا 273- درجه سلسیوس داشته باشد از خود امواج مادون قرمز منتشر میکند . این امواج بسته به ماهیت ساختاری جسم ، هندسه جسم ، سطح ظاهری جسم و دمای آن با شدت های مختلفی انتشار می یابد که این قدرت انتشار امواج مادون قرمز را با ضریبی به نام Emissivity یا Ɛ مشخص میکنند .
بر خلاف تصور عام که دوربین های ترموگرافی ، دما را اندازه گیری میکنند ، باید گفت این دوربین ها امواج مادون قرمز را با توجه به شدت انتشارشان دریافت کرده و بر اساس تنظیمات اپراتور از قبیل دمای محیط و Ɛ ، فاصله تا هدف و … محاسباتی را انجام داده و نتیجه را به صورت دما ارائه می دهند . پس در اولین گام باید توجه داشته باشیم که اگر گاهی دماهای غیر منطقی در بازرسی ها بدست می آوریم ، صرف نظر از وضعیت کالیبراسیون دوربین ، ممکن است در تنظیمات دوربین اشتباهی را مرتکب شده باشیم .
نکته دیگر اینکه بر خلاف برخی تصورات که دوربین های ترموگرافی می توانند درون اجسام را ببینید باید گفت که با توجه به سطح انرژی امواج مادون قرمز در گستره اسپکترام الکترومغناطیسی ، این امواج سطح انرژی پایینتری نسبت به امواج مرئی داشته و با مثالی ساده اگر توجه کنید نور از شیشه عبور میکند اما از دیوار عبور نمیکند ، حال آنکه امواج مادون قرمز با توجه به سطح انرژی پایینتر از امواج مرئی از هیچ جسم صلبی عبور نمیکنند . تنها تعداد اندکی از مواد هستند که امواج مادون قرمز را از خود عبور میدهند که از جمله آنها میتوان به فلز ژرمانیوم اشاره کرد . در برخی موارد نیاز به مشاهده درون یک باکس یا تابلو برق و … می باشد که در این موارد خاص میتوان از پنجره های مادون قرمز که از فلز ژرمانیوم ساخته می شوند استفاده کرد و با تعبیه کردن این پنجره ها در پوسته جسم مورد نظر درون آن جسم با دوربین ترموگرافی قابل مشاهده مشود .
در نهایت این دوربین ها با توجه به محدوده طیفی امواج مادون قرمز به سه دسته باند کوتاه ( SW ) ، باند متوسط ( MW ) و باند بلند ( LW ) تقسیم بندی میشوند . محدوده 0 تا 2 میکرومتر SW ، 2 تا 5.5 میکرومتر MW و 7.5 تا 15 میکرومتر را LW مینامند . دوربین های معمول ترموگرافی تنها قادر به نمایش گراف حرارتی سطوح جامد و مایع هستند و در حالت طبیعی طیف حرارتی گازها با این دوربین ها قابل مشاهده نیست . برای مشاهده نشتی گازها و طیف حرارتی گازها ، باندهای طیفی دوربین ها را محدود میکنند و بدین منظور می بایست از دوربین های مخصوص شناسایی گاز استفاده شود .
چه عیوبی با ترموگرافی قابل شناسایی هستند ؟
همانطور که گفته شد کلیه عیوبی که خود را با اختلاف دما آشکار سازند با دوربین های ترموگرافی قابل شناسایی هستند . به عنوان مثال میتوان به عیوب زیر اشاره کرد :
|
شناسایی عیوب الکتریکی – برقی – اتصالات سست – خارج از سرویس بودن یک قطعه – اکسیداسیون – اضافه بار در یک مدار – افزایش حرارت – سوختن و یا بد کار کردن یک قطعه – و ….
|
شناسایی عیوب مکانیکی – شناسایی نا همراستایی شفت و کوپلینک – تنظیم نبودن تسمه و پولی – خرابی بیرینگ ها – ترک در فونداسیون ها – خرابی سیکلون ها و داکت ها – مشکلات احتمالی استاتور و روتور
|
|
بازرسی لوله ها و مخازن – شناسایی سطح سیال در مخازن – شناسایی خوردگی در لوله ها و مخازن – شناسایی رسوب در لوله ها و مخازن – گرفتگی در لوله ها و شیر ها – بازرسی تله های بخار
|
بازرسی کوره ها – بررسی وضعیت ضخامت نسوز کوره – بررسی وضعیت توزیع دما در طول کوره – بررسی سلامت عایق کوره
|
|
بازرسی ساختمان ها – شناسایی نشتی ها و رطوبت در اماکن – بررسی سلامت پنجره های دو جداره – بررسی کیفیت عایق درزها و عدم عبور هوا از جداره ها – بررسی سلامت عایق های رطوبتی دیواره ها و پشت بام ها
|
– آتش نشانی و عملیات امداد و نجات – پزشکی و دام پزشکی – تحقیق و توسعه و کاربرهای آزمایشگاهی – حراست و بازرسی از اماکن مهم – اتوماسیون – شناسایی نشتی گاز ها و هر عیبی که با اخلاف دما آشکار شود .
|
پارامترهای مهم در انتخاب دوربین ترموگرافی مناسب :
مسلما تا کنون برای خرید یک دوربین ترموگرافی درگیر چالش های متعدد فنی شده اید . جالب است بدانید که پارامترهای متمایز کننده دوربین های ترموگرافی تنها چند پارامتر مهم هستند که توانایی های این دوربین ها را جهت کار در فیلدهای مختلف مشخص میکنند . به زبان ساده گران قیمت بودن یک دوربین ترموگرافی هرگز نمیتواند بیانگر کارایی مناسب آن دوربین برای زمینه کاری ما باشد و خیلی مواقع ممکن است یک دوربین بسیار ارزان قیمت تر به سادگی تمام نیازهای ما را پوشش دهد .
در ادامه به تشریح نقش هر یک از پارامترهای فنی دوربین های ترموگرافی می پردازیم .
|
بالاتر بودن تعداد پیکسل یا به عبارتی رزولوشن حرارتی دوربین بیانگر کیفیت تصویر برداری و دقت دوربین است . هرچقدر رزولوشن بالاتر باشد کیفیت عکس حرارتی بالاتر بوده و دقت اندازه گیری دما بویژه در فواصل دور بالاتر می رود . بنابراین هر چقدر رزولوشن بالاتر باشد بهتر است |
رزولوشن دتکتور |
Detector Type/Array size |
|
به محدوده اندازه گیری استاندارد دوربین گفته می شود که باید با توجه به نیاز کاربر انتخاب شود . |
محدوده دمایی |
Measuring Range |
|
میدان دید کم برای فواصل دور و میدان دید باز برای فواصل نزدیک مناسب تر است. |
میدان دید |
Field of View |
|
در تهیه گزارش جهت رفع عیب ، یک پارامتر کلیدی است، در بسیاری از موارد وجود یک عکس دیجیتال طبیعی خود گویای وضعیت خرابی و شرایط کاری سیستم است . |
دوربین عکس برداری معمولی |
Visual camera |
|
این عدد ، قدرت تفکیک دما ها را توسط دوربین بیان میکند . به عنوان مثال در یک دوربین با حساسیت 0.04 درجه سانتی گراد ، دماها با اختلاف 0.04 درجه سانتیگراد قابل تفکیک شدن و نمایش با رنگ متفاوت هستند . |
حساسیت حرارتی |
Thermal sensitivity |
|
حالت های مختلفی برای فوکوس وجود دارد ، فوکوس دستی ، موتورایز ، اتوماتیک ، از طریق کامپیوتر و با ریموت کنترل . انتخاب این پارامتر به کاربرد اپراتور رابطه مستقیم دارد . |
فوکوس |
Focus |
|
داشته باشد بهتر است، اگر چه این نوع زوم چون از نوع دیجیتال است و غالبا کیفیت عکس را پایین می آورد. |
زوم |
Electrical Zoom |
|
جهت فواصل دور بهتر است کمتر باشد و برای فواصل نزدیک برعکس |
فاصله بین پیکسلی دتکتور حرارتی |
Spatial Resolution |
|
تعداد نقاط ، ناحیه ها و خط های قابل قرار دادن در نمایشگر دوربین می باشد که به کاربر این امکان را میدهد تا همزمان چند تحهیز را از نظر دمایی با هم مقایسه نماید . |
نقطه (Spot) |
Measurment Mode |
|
هر چقدر این عدد پایینتر باشد ، بیانگر بالاتر بودن دقت دوربین است . |
دقت اندازه گیری |
Accuracy |
|
قابلیت نمایش بخش معیوب تجهیز بر روی تصویر دیجیتال طبیعی |
ترکیب تصاویر حراتی و طبیعی |
IR Fusion |
|
این قابلیت شار حرارتی انتقال یافته از قسمت مشخص تجهیز را محاسبه میکند . |
Q’ |
محاسبه شار حرارتی |
|
امکان محاسبه هوشمند مساحت هدف جهت ازریابی میزان خوردگی یا رسوب |
Area |
محاسبه مساحت و طول هدف |
|
امکان رسم نمودار جهت بررسی رفتار دمایی هدف در بازه های زمانی مختلف |
Trend |
رسم نمودار رفتار هدف |
|
رنگ بندی های متفاوت جهت نمایش تصویر ، به آنالیز حرارتی و توانایی عیب یابی کمک شایانی میکند . |
پالت رنگ |
Color palette |
|
امکان عکس برداری فوق عریض در راستاهای طولی و یا عرضی را فراهم می سازد که کمک میکند تا به جای گرفتن چندین عکس از یک جسم طویل ، آن را در یک تصویر پانوراما قرار داد . |
عکس برداری فوق عریض |
Panoramic photo |
|
بهترین گزینه ارائه تصاویر رادیومتریک با فرمت استانداردJPG , JPEG است تا بدون نیاز به نرم افزار خاص با سیستم عامل های متعدد مانند Windows , iOS , Android , … قابل مشاهده باشد . |
پسوند فایل حرارتی |
File format thermal |
|
با استفاده از این ویزگی کاربر در حال عکس برداری می تواند صدا را بر روی تصویر ذخیره کند |
ضبط صدا |
Voice annotation |
|
غالبا جهت آنالیز فرایند ها و مشاهده رفتار یک جسم در بازه زمانی کوتاه مورد استفاده قرار میگیرد . |
فیلم برداری |
Video Recording |
|
جهت مشاهده هدفی که در حال تصویر برداری از آن هستیم مناسب می باشد مخصوصا در زمانی که به علت دمای یکسان هدف و محیط قادر به شناسایی هدف در تصویر حرارتی نیستیم . |
نشانگر لیزری |
Laser pointer |
|
برای وضوح بهتر تصاویر طبیعی در فضاهای تاریک مناسب می باشد |
چراغ روشن کننده محیط |
illuminator |
|
مسلما هرچه بیشتر باشد بهتر است |
زمان کارکرد باطری |
Battery operation time |
|
جهت در دسترس بودن در صورت معیوب شدن ، باطری های استاندارد و جانبی بهتر هستد . |
نوع باطری |
Battery |
|
قابلیت نصب لنز بر روی دوربین جهت استفاده از دوربین در بازرسیهای فواصل دور و بسیار نزدیک ، از پارامترهای کلیدی به شمار می رود . |
قابلیت نصب لنز اضافی |
Extra Lens |
|
هرچه کیفیت نمایش تصویر در نمایشگر بهتر باشد کاربر راحت تر می تواند تصاویر را بر روی دوربین آنالیز کند |
نمایشگر |
Display LCD |
|
قابلیت نمایش جرئیات بیشتر یک تصویر حرارتی با تفکیک لبه ها و فرو رفتگی ها و برجستگی های جسم . |
برجسته سازی لبه ها |
EDGE |
|
جهت ارائه برآیند دمایی از یک هدف که دمای متغیر دارد در بازه زمانی مشخص مثلا 4 فریم ، 8 فریم یا 16 فریم ، مورد استفاده قرار میگیرد . |
میانگین گیری |
Averaging |
تشریح اهمیت رزولوشن در دوربین ترموگرافی :
میدان دیدی که توسط لنز دوربین مشاهده می شود با توجه به رزولوشن آن دوربین به نواحی مختلفی تقسیم میشود . به عنوان مثال در دوربینی که رزولوشن آن 160 x 120 پیکسل است ، ناحیه مشاهده شده توسط دوربین به 160 x 120 قسمت تقسیم شده و به ازای هر ناحیه در تصویر یک سنسور آنالیز دما در دوربین اختصاص داده می شود .
حال تصور کنید که یک هدف داریم که می خواهیم از آن تصویر برداری حرارتی کنیم . فاصله ما با هدف به گونه ای تنظیم شده است که تنها نیمی از یک ناحیه در نظر گرفته شده در میدان دید توسط هدف پر می شود . با فرض اینکه دمای واقعی هدف 70 درجه سانتیگراد باشد و دمای پشت زمینه آن 0 درجه دوربین برآیند دماهای موجود در ناحیه را گرفته و دمای بدست آمده را 35 درجه سانتیگراد اعلام میکند
حال با نزدیک تر شدن به هدف ، میزان فضایی که در ناحیه اشعال می شود افزایش یافته و دمای نشان داده شده به دمای واقعی هدف نزدیک تر میشود .
در مرحله بعد با فرض یک دوربین با رزولوشن 384 x 288 همان میدان دید به 384 x 288 ناحیه تقسیم بندی می شود و در این حالت با فاصله اولیه ای که از هدف در نظر گرفته بودیم ، همان هدف این بار توسط چندین ناحیه پوشش داده می شود و دمای بدست آمده بسیار نزدیکتر به واقعیت می شود .
بنا بر این هر چقدر رزولوشن دستگاه بیشتر باشد دقت اندازه گیری دما نسبت به رزولوشن های پایین تر افزایش می یابد
