دوربین حرارتی یا ترموویژن چیست؟و چه کاربردی دارد؟

ترموویژن یا همان دوربین حرارتی دارای تکنولوژی تصویربرداری خاصی است که تصویرسازی از الگوهای حرارتی منتشر شده از سطوح اجسام را ممکن میکند. برخلاف دوربین های متداول که مبتنی بر بازتاب نور مرئی هستند، دوربین های حرارتی امواج فروسرخ را که از سطوح اجسام با دمایی بالاتر از صفر مطلق ساطع میشوند را دریافت میکنند. این قابلیت آنها را برای کاربردهای متعددی مناسب میکند. این دوربین ها ابتدا برای اهداف نظامی توسعه پیدا کرده بودند که به تدریج در حوزه های مختلف صنعتی مورد استفاده قرار گرفتند. قابلیت آن برای کار در محیط های کاملا تاریک آنها را به گزینه ای غیر قابل جایگزین تبدیل کرده است.

نحوه عملکرد ترموویژن چگونه است؟

اجسام مختلف از خود انرژی حرارتی ساطع می کنند و جهت مشاهده تصویر این گرمای ساطع شده از دوربین حرارتی استفاده می شود. ترموویژن می تواند، امواج مادون قرمز را که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نیست را دریافت و  شناسایی کرده و به یک تصویر قابل دیدن تبدیل کند. هر چه یک شیء داغ تر باشد، اشعه های مادون قرمز ساطع شده از آن نیز بیشتر است.

در واقع گرمانگار این قابلیت را فراهم می کند که مقدار گرمای جسم به وسیله یک تصویر خوانده شود. هر پیکسل در تصویر، در حقیقت به معنای یک مقیاس سنجش دما میباشد. تصاویر ایجاد شده توسط دوربین حرارتی اینفرارد در اصل تصاویری خاکستری هستند که با کمک کامپیوتر داخل دوربین به تصویر رنگی تبدیل می ‌شوند. یکی از نکات مهمی که رعایت آن برای دستیابی به دمای واقعی در دماسنج‌ مادون قرمز و توزیع دمایی صحیح در عکس های بدست آمده از دوربین های مادون قرمز، اهمیت زیادی دارد، تنظیم صحیح پارامتر ضریب تابش سطح مورد اندازه‌گیری است.

تصویربردار مادون قرمز، هر دما را با رنگ مخصوصی به نمایش می گذارد که به شما این امکان را می دهد دمای خارج شده از هر جسم را با اشیای کناری اش مقایسه کنید. در ترموویژن معمولا دما های سرد تر با رنگ هایی مانند آبی، بنفش یا سبز نمایش داده می شوند، و دمای های گرم تر با رنگ هایی همچون قرمز، نارنجی یا زرد نشان داده می شوند.

در دوربین حرارتی، از هزاران سنسور استفاده می شود که این سنسورها عمدتا از اکسید وانادیم یا سیلیکون ساخته شده اند. هر یک  از سنسورها دمای بخش کوچکی از میدان دید لنز دوربین را اندازه گیری می کند. این سنسورهای ترموویژن روی صفحه ای که به آن دیتکتور گفته می شود، به صورت سطری / ستونی در کنار هم مانند پیکسل های مانیتورهای کامپیوتر چیده شده اند. برای مثال در دوربین حرارتی که در مشخصات فنی آن نوع دیتکتور 320X240 پیکسل قید شده، تعداد سنسورها 320X240=76,800 عدد است. بدین ترتیب دوربین ترموویژن تا اینجای کار و اساساً فقط دمای سوژه یا میدان دید خود را، اما نه فقط دمای یک نقطه بلکه بسته به تعداد سنسورها دمای هزاران هزار نقطه را در کسری از ثانیه اندازه گیری می کند. نتیجه اندازه گیری در جدولی با تعداد خانه هائی برابر با تعداد سنسور ها، مثلاً 320×240 خانه، ثبت می شود. دوربین حرارتی، بعد از قرائت دما به هر دما رنگی را اختصاص می دهد و بدین ترتیب به  هریک از خانه های جدول دمای فوق، رنگی اختصاص می یابد. در نهایت جدول رنگ ها به صفحه  نمایش ارسال می شود و آنچه ما در دوربین میبینیم در واقع یک جدول دماست که هر یک از خانه های آن به جای دمای اندازه گیری شده توسط سنسور مربوطه رنگ اختصاص داده شده به  آن را منعکس میکند.

کاربرد ترموویژن در صنایع مختلف

ترموویژن ها در حوزه های مختلف دارای کاربردهای گسترده ای می باشند که در زیر به طور خلاصه به برخی از کاربردهای اصلی دوربین حرارتی اشاره می کنیم.

کاربردهای صنعتی

به وسیله ترموویژن ها میتوان از گرمای بیش از حد قطعات یک سیستم مطلع شده و پیش از آسیب به قطعه از آن جلوگیری کرد. همچنین در مدارها و پنل های مختلف الکتریکی میتوان نقاط دما بالا را تشخیص داد. به عنوان کاربردی دیگر، میتوان در حوزه ساختمان از هدر رفت گرما یا مسائل مرتبط به عایق ساختمان مطلع شد. همچنین برای تشخیص نشت آب گرم در ساختمان گزینه بسیار مناسبی هستند.لذا خرید ترموویژن در کارخانجات و صنایع مختلف جهت کنترل کیفیت و جلوگیری از انواع آسیبها می تواند راهگشا باشد.

• کاربردهای پزشکی
• کاربردهای زیست محیطی
• کارربردهای امنیتی و مربوط به قوانین دادگاه
• کاربردهای نظامی و دفاعی
• در صنعت اتومبیل و حمل و نقل
• صنایع نفت و گاز

در این صنایع برای تشخیص نشتی و یا بلاک شدن سیال در خط لوله استفاده میشوند. فقط کافیست به تغییرات دما یا غیر نرمال بودن دما در یک نقطه خاص توجه کنید.همچنین برای بازرسی از مخازن، پمپ ها و کمپرسورها بسیار مناسب اند.

• انرژی های تجدیدپذیر

برای تشخیص ایرادهای موجود در در سلول های خورشیدی و توربین های بادی.

• صنایع معدنی و متالورژی

برای پایش کوره ها، نوار نقاله ها و فرآیندهای مربوط به سنگ های معدن. همچنین برای کنترل دمای فرآیند های متالوژی.

•  صنایع غذایی

در صنایع غذایی فرآیندهای استریلیزه کردن و نگه داری مواد غذایی در محیط های عایق اهمیت دارد که به وسیله ترموویژن میتوان به راحتی هدر رفت گرما و یا تغییرات دمایی را زیر نظر داشت.

مزایای استفاده از ترموویژن

• محاسبات دما در ترموویژن ها به صورت غير تماسي و بدون نفوذ در تجهيز يا سوژه مي‌باشد: به‌عنوان مثال شما براي بازرسي يك خط 20 كيلوولت مي‌توانيد بدون تماس و از فاصله‌اي ايمن نسبت به بازرسي اقدام كنيد.

• نيازي به توقف فرآيند نيست: بايد فرآيند در جريان و كار باشد تا بتوان عيوب را شناسايي كرد. اين يكي از مزاياي بزرگ اين روش است یعنی  امكان انجام بازرسي در حين كار یک تجهيز.

• تصویربرداری حرارتی يك تست غير مخرب است: در هنگام ترموگرافي نياز به تخريب يا دست‌كاري موضع مورد اندازه‌گيري وجود ندارد.

• با اين روش مي‌توان اجسام يا پديده‌هاي متحرك را بازرسي نمود. (به‌عنوان نمونه مشكلات بلبرينگ يك ماشين دوار)

• سرعت اين روش بسيار بالاست: اين روش خيلي سريع است آن قدر ‌كه در تجهيزات گران‌قيمت و نظامی‌اين سرعت حتي به 1400 تصوير در ثانيه مي‌رسد. با اين سرعت بالا شما مي‌توانيد شاهد اتفاقات حرارتي جسم در كسري از ثانيه باشيد.

• اين روش مي‌تواند دماي اَشكال غير عادي را نيز به‌دست آورد: مهم نيست كه سطوح مورد نظر شما چه شكلي دارند، ترموگرافي تصوير حرارتي آن را ايجاد مي‌كند. كاري كه با استفاده از روش‌هاي معمول تقريبا غير ممكن است.

• با اين روش حجم عظيمی ‌از داده‌هاي حرارتي در آن واحد جمع آوري مي‌شود: درحقيقت شما در هنگام تصوير برداري مادون قرمز، اطلاعات تعداد زيادي نقطه را ثبت مي‌كنيد. اين مسئله بستگي مستقيم به رزولوشن سنسور دوربين شما دارد كه مي‌تواند شامل 6400 نقطه در رزولوشن 80×80 تا 307200 نقطه در دوربين‌هاي با رزولوشن بالاي 480×640 و حتی امروزه  مقادير بيش‌تر باشد.

• با اين روش مي‌توان از ميان يك فضای  پر از دود و خطرناك نیز اندازه‌گيري را انجام داد.

• در اين روش مشاهده و دستيابي به الگوهاي حرارتي براي تشخيص بهتر عيوب، نسبت به اندازه‌گيري نقطه‌اي يك مزيت بزرگ است .
• با استفاده از پنجره‌هاي مادون قرمز (IR Window) مي‌توان اندازه‌گيري را بدون باز نمودن درب تجهيزات و بدون خطر انجام داد: طبق استاندارد NFPA (National Fire Protection Association ) نزديك شدن به تجهيزات فشار قوي به خاطر امكان جرقه و برق گرفتگي ممنوع و داراي استاندارد‌هاي خاص است. در اين حالت بايد از تجهيزات و لباس‌هاي ايمني ويژه اي استفاده شود. استفاده از دوربين ترموگرافي مي‌تواند به حفظ ايمني گروه بازرسي كمك كند.

داده‌ها به راحتي براي تحليل و يا پايش قابل ذخيره سازي هستند.

معایب استفاده از ترموویژن

• قیمت بالایی دارند و بنابراین برای بیزینس های کوچک مناسب نیستند.
• برای استفاده از آنها نیاز به دانش و تخصص وجود دارد.
• نوع سطح بازتاب دهنده، آب و گرد و غبار میتواند در دقت نهایی تاثیرگذار باشد.
• فقط برای اندازه گیری سطوح مناسب هستند و نه قسمت های داخلی یک جسم.
• کارایی آنها بسیار وابسته به تغییرات دمایی و یا اختلافات دما است.