Термография. Термография
 Скачать 192.07 Kb.
|
ТермографияТеория термографии Все объекты, температура которых выше абсолютного нуля (0 К = -273.15 °C), излучают инфракрасные волны. Человеческий глаз не способен видеть инфракрасное излучение. Еще в 1900-х гг. физик Макс Планк доказал наличие взаи- мосвязи между температурой тела и интенсивностью исхо- дящего от него потока инфракрасного излучения. Тепловизор измеряет инфракрасное излучение в длинно- волновом спектре в пределах поля обзора. Исходя из этого, осуществляется расчет температуры измеряемого объекта. Факторы расчета излучательной способности (ε) поверхности измеряемого объекта и компенсации отраженной тем- пература (КОТ = компенсация отраженной температуры) – значения этих переменных можно вручную ввести в тепло- визор. Каждый пиксель детектора представляет собой температурную точку, отображаемую на дисплее с помо- щью видеоэффекта “ложный цвет” (см. Область замера и расстояние до объекта измерений, стр. 13). Термография (измерение температуры с помощью тепловизора) является “пассивным”, бесконтактным мето- дом измерений. Тепловой снимок представляет собой визуализацию распределения поверхностной температуры объекта. Таким образом, используя тепловизор, Вы не сможете “заглянуть” внутрь объекта или увидеть его насквозь.  Изображение небольшой собаки, сделанное в средних инфракрасных лучах  Тепловое изображение двух страусов  Тепловое изображение змеи на руке человека  Тепловое изображение льва  Тепловое изображение обычного здания на заднем плане и 'пассивного дома' на переднем плане  Термограмма, показывающая распределение тепловых полей у человека 1.1 Излучение, отражение, пропускание Излучение, регистрируемое тепловизором, состоит из излу- чаемого, отраженного и проходящего длинноволнового инфракрасного излучения, исходящего от объектов, распо- ложенных в пределах поля зрения тепловизора.  Рис. 1.1: Излучение, отражение и пропускание Коэффициент излучения (e) Коэффициент излучения (e) это степень способности мате- риала излучать (выделять) инфракрасное излучение. e изменяется в зависимости от свойств поверхности, материала, и в случае с некоторыми материалами – от температуры измеряемого объекта. l Максимальная излучательная способность: e = 1 ( 100%) (см. “черное тело - абсолютный излучатель”, Инфракрасная термография, тепловое изображение или тепловое видео — это научный способ получения термограммы — изображения в инфракрасных лучах, показывающего картину распределения температурных полей. Термографические камеры обнаруживают излучение в инфракрасном диапазоне электромагнитного спектра (примерно 0,9-14 мкм) и на основе этого излучения создают изображения, позволяющие определить перегретые или переохлаждённые места. Так как инфракрасное излучение испускается всеми объектами, имеющими температуру, согласно формуле Планка для излучения чёрного тела, термография позволяет «видеть» окружающую среду с или без видимого света. Интенсивность теплового излучения тела увеличивается с повышением его температуры, поэтому термография позволяет видеть распределение температуры по поверхности тела. Когда мы смотрим через тепловизор, то более тёплые объекты видны лучше на фоне окружающей среды; люди и теплокровные животные лучше заметны в окружающей среде, как днём, так и ночью. Благодаря этому термография может найти применение военными и службами безопасности. Создание термограмм на основе тепловых изображений нашло много применений. Например, пожарные используют их для обнаружения в условиях задымления людей и установления очагов возгорания. С помощью тепловых изображений в технике, обслуживающей линии электропередач, обнаруживают перегрев в местах соединений и части, находящиеся в аварийном состоянии, требующие устранения потенциальной опасности. Когда нарушена теплоизоляция, строители могут видеть утечку тепла и предотвратить неисправности при охлаждении или обогреве системами кондиционирования воздуха. Тепловизоры, делающие снимки, также устанавливаются в некоторых автомобилях класса «люкс» для помощи водителю, например, в некоторых моделях «Кадиллак» с 2000 года. Некоторая физиологическая деятельность организма, требующая более пристального внимания у людей и теплокровных животных, также может быть наблюдаема при помощи тепловых изображений.[1] Внешний вид и работа современных тепловизионных систем часто похожи на работу телевизионной системы. Возможность видеть в инфракрасном диапазоне — настолько полезная функция, что запись таких изображений часто является второстепенной функцией. Поэтому модуль для записи не всегда предусматривается. Современные тепловизионные приемники можно разделить на два типа: Первый тип — неохлаждаемые микроболометры — работают при комнатной температуре, имеют малые габариты и относительно дешевы, т. к. нет системы охлаждения, имеют фундаментальные ограничения по быстродействию и чувствительности из-за двойного преобразования (ИК-свет нагревает площадку, электросопротивление площадки зависит от температуры). Недостатки, однако, не мешают им занимать 95% тепловизионного рынка в виду существенных достоинств и, главное, цены. Второй тип — охлаждаемые полупроводниковые кристаллы (InSb, InAs, HgCdTe и др.) в виде двумерных массивов ПЗИ-конденсаторов или p-n-переходов (диоды), соединенных попиксельно через микростолбики из индия (In) методом flip-chip с микросхемой считывания (мультиплексором) из кремния. Сам кремний прозрачен почти во всем ИК-диапазоне, по этому сделать из него тепловизор не получится, за то он активно применяется для построения ИК-оптики. Полупроводниковые приемники за счет одностадийного преобразования (ИК-свет порождает заряд напрямую) обладают лучшими характеристиками чувствительности и быстродействия в сравнении с болометрами (лучшие против лучших). Без охлаждения полупроводниковые приемники работают плохо — из-за собственной нагретости они не видят ИК-свет, поступающий снаружи через объектив. Для охлаждения принято применять жидкий азот (дешево, безопасно, практически неограниченный механический ресурс) или холодильные машины (достаточно дороги, ограниченный механический ресурс, высокое энергопотребление, акустический и электромагнитный шум). Современные холодильные машины лишены многих этих недостатков и стоят хороших денег.  Содержание1Отличие инфракрасной съёмки от термографии 2Пассивная и активная термография 3Преимущества термографии 4Ограничения и недостатки термографии 5Применение 6См. также 7Ссылки 7.1История производителей тепловизоров 8Примечания Отличие инфракрасной съёмки от термографии[править | править код]Инфракрасная съёмка излучения соответствует температуре между 250 °C и 500 °C, в то время как диапазон термографии примерно от −50 °C до более, чем 2000 °C. Так, для инфракрасной съёмки для показа чего-либо температура объекта должна быть свыше 250 °C или объект должен отражать инфракрасное излучение, исходящее от чего-то горячего. Следует отметить, что наиболее распространённые приборы ночного видения только усиливают слабый отраженный от объектов свет, который создаётся, например, звёздным светом или луной, и через них невозможно увидеть тепло или работать в полной темноте (без активной подсветки "ИК-фонариком"). Пассивная и активная термография[править | править код]Все объекты с температурой выше абсолютного нуля испускают инфракрасное излучение. Следовательно, отличный способ для измерения тепловых изменений состоит в том, чтобы использовать устройство инфракрасного видения, обычно приемник тепловизора позволяет обнаруживать излучение в средних (от 3 до 5 μм) и длинных (от 8 до 15 μм) волнах инфракрасной полосы частот, обозначаемых как MWIR и LWIR и соответствующих спектральным "окнам" с высоким коэффициентом пропускания атмосферы вблизи поверхности земли. В пассивной термографии особый интерес представляет повышение или понижение природного температурного уровня по сравнению с температурой окружения. У пассивной термографии много применений, таких, как наблюдение людей на сцене, или в медицине. В активной термографии иначе — там источник энергии должен создавать температурный контраст между интересующим объектом и фоном. Активный подход необходим во многих случаях, когда исследуемые части находятся в температурном равновесии с окружающей средой. Современные тепловизоры позволяют с помощью специального программного обеспечения определять температуру в каждой точке термограммы. Преимущества термографии[править | править код]Может показывать визуальное изображение, что помогает в сравнении температур на большой площади Даёт возможность захвата движущихся целей в реальном времени Позволяет находить аварийные элементы до их выхода из строя Измерение в областях, где другие методы невозможны (объекты с малой теплоёмкостью) или сопряжены с риском для здоровья Неразрушающий контроль Облегчает поиск дефектов (трещин) в колоннах или других металлических частях Сама возможность видеть тепло даже со скоростью 1 кадр в секунду, даже с невысоким пространственным разрешением уже покрывает существенную долю тепловизионного рынка Ограничения и недостатки термографии[править | править код]Качественные камеры дороги Большинство камер имеют погрешность ±2 % или меньшую точность Обучение и содержание в штате специалиста по инфракрасному сканированию требует затрат времени и средств, впрочем, как и на любого другого специалиста. Возможность измерения в основном только температуры поверхностей, т. к. большинство материалов непрозрачны в ИК-диапазоне (например, человек) Применение[править | править код]Мониторинг условий Медицинская визуализация Ночное видение Исследование Управление процессом Неразрушающий контроль Наблюдения в области обеспечения безопасности, правоохранной деятельности и защите Химическая визуализация Тепловые инфракрасные камеры преобразуют энергию инфракрасных волн в видимый свет на видеоэкране. Все объекты с температурой выше 0 кельвинов излучают тепловую инфракрасную энергию, поэтому инфракрасные камеры могут пассивно видеть все объекты независимо от наличия окружающего освещения. Тем не менее, большинство тепловых камер видят только объекты теплее −50 °C, т. к. интенсивность излучения тел пропорциональна температуре в четвёртой степени (очень резкая зависимость). Спектр и уровень теплового излучения сильно зависит от температуры поверхности объекта. Это даёт возможность тепловой камере видеть температуру объектов. Тем не менее, другие факторы также влияют на излучение, регистрация которого ограничивается точностью техники. Например, излучение зависит не только от температуры объекта, но также и от поглощающей, пропускающей и отражающей способности объекта. Так, излучение, первоначально испускаемое окружающей средой, отражается объектом и/или проходит через него и складывается с собственным излучением объекта, которое и регистрируется прибором. ЕРМОГРАФИЯ (ТЕПЛОВИДЕНИЕ) Главная › Медицинские исследования и диагностика › Редакция: 23.03.2018 (2 голосов, средняя оценка: 5,00) Термография – это медицинский способ исследования, направленный на выявление и локализацию различных патогенных процессов, сопровождающихся локальным повышением (реже — понижением) температуры. С помощью этого метода можно определить различные формы воспалительных процессов, активный рост новообразований, варикоз вен, травмы, ушибы, переломы. Является точным исследованием, на основании которого можно поставить правильный диагноз и определить локализацию процесса. ОПИСАНИЕ ПРОЦЕДУРЫ Различают два вида термографии: бесконтактная и контактная, однако суть обоих методов — определение температуры тела на конкретном его участке. Бесконтактная термография осуществляется при помощи определённых приборов, к которым относятся термографы и тепловизоры. Эти устройства производят регистрацию ИК-волн и представляют их в виде изображения. Такой способ позволяет сразу охватить всё тело пациента. Содержание: Описание процедуры Подготовка к проведению термографии Проведение исследования Преимущества и недостатки Показания к проведению Контактная термография использует жидкие кристаллы, которые могут менять свой цвет в зависимости от температуры человеческого тела. Контакт производится с помощью специального пласта или пленки с соответствующими соединителями. Этот метод является локальным и более точным, нежели бесконтактная термография. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ТЕРМОГРАФИИ Несмотря на свою относительную простоту, процедура имеет ряд особенностей при подготовке. За 10 дней до проведения исследования необходимо отменить прием всех препаратов, в состав которых входят гормоны, или оказывающие воздействие на сердечно-сосудистую систему. Исключить любые мази, которые могут воздействовать на исследуемую зону. При проверке органов брюшной полости пациент должен не употреблять пищу (быть натощак). Для исследования молочной железы необходимо дождаться 8-10 (некоторые источники говорят 6-8, так что лучше уточнить у специалиста) дня менструального цикла. В кабинете, где производится термография, должна быть постоянная температура 22-23 градуса по Цельсию. Чтобы пациент адаптировался к ней, его необходимо раздеть в кабинете и дать время привыкнуть в течение 15-20 минут. Пациент должен находиться в отдохнувшем и расслабленном состоянии, так как это может заметно повлиять на результат. ПРОВЕДЕНИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Процедуру может проводить специалист функциональной диагностики, однако расшифровывание результатов и установление диагноза проводит уже узкоспециализированный врач. Далеко не каждая больница располагает оборудованием для термографии, так как это исследование не является обычным. Из-за этого такой вид обследования проводится в частных клиниках либо некоторых видах диспансеров и стоит приличную сумму денег. Зачастую провести исследование сразу же после назначения врача невозможно, из-за того что необходимо выполнить некоторые требования на протяжении довольно продолжительного периода перед процедурой. Бесконтактная термография делается в основном стоя либо лежа. При этом сам процесс похож на процедуру фотографирования либо видеосъёмки с разных ракурсов. Контактная термография делается в основном сидя, путём соприкосновения ранее указанной пленки или пласта с исследуемой областью. Изображение передается на экран ЭВМ и/или записывается на цифровой носитель для дальнейших действий специалиста. Результаты термографии оцениваются и обрабатываются в электронном виде. Патология заметна из-за изменения теплового рисунка местами с гипотермией (температурой, ниже нормальной для участка) либо гипертермией (повышенной температурой). ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ Среди преимуществ стоит выделить абсолютную безопасность исследования как для врача, так и для пациента, безболезненное исследование, не имеющее противопоказаний и ограничений по возрасту. Кроме того, прибор не загрязняет окружающую среду, имеет очень точное отображение локализации (погрешность — менее миллиметра), а также точно отображает температурные изменения (вплоть до 0,008 градусов по Цельсию) и позволяет обследовать все тело за один сеанс. К недостаткам относят то, что пациент может недобросовестно выполнить требования на этапе подготовки, как следствие — результаты могут быть неверными. Минусом считаются и долгая подготовка, из-за которой иногда последствия могут быть уже необратимыми на момент обследования, высокая стоимость в сравнении с альтернативными методами, например, биопсией, малое количество лечебных и медицинских исследовательских учреждений, которые проводят это исследование. ПОКАЗАНИЯ К ПРОВЕДЕНИЮ С ростом количества онкозаболеваний молочной железы требовались новые методы исследования, как следствие этого — термография стала одним из ведущих методов обследования железы из-за своих преимуществ, хотя и имеет как требование – то, что её необходимо выполнять в определённые дни менструального цикла . Лучшие материалы месяца Коронавирусы: SARS-CoV-2 (COVID-19) Антибиотики для профилактики и лечения COVID-19: на сколько эффективны Самые распространенные «офисные» болезни Убивает ли водка коронавирус Как остаться живым на наших дорогах? Вследствии того, что воспалительные процессы сопровождаются повышением температуры, особенно в месте локализации, термография позволяет ограничить очаг воспаления. Особенно это хорошо заметно, когда воспалительный процесс поразил внутренний полостной орган либо иную полость организма, так как гипертермия имеет чёткие границы этой области. Любые нарушения со стороны сосудистой системы тоже хорошо заметны при исследовании. Так, при варикозном расширении вен снижается толщина их стен, и как следствие — повышается теплоотдача. При ишемии, тромбозах и некрозах из-за нехватки или отсутствия кровоснабжения падает температура участка тела и сосуда. Это позволяет выявить флебит на ранних стадиях, а ангиография является далеко не самым полезным методом изучения патологии, так как негативно сказывается как на сосудах, так и негативным действием рентгеновского излучения. Изменения со стороны эндокринной системы, в частности, щитовидной, поджелудочной и слюнных желез. Позволяет определить развитие в них онкологических процессов, а для поджелудочной железы — ее повреждения, которые могут быть причиной сахарного диабета 1-го типа. Нарушения со стороны щитовидной железы – могут проявляться в виде гипотермии некоторых участков тела. Нарушение теплообмена кожных покровов связано со спазмом либо расслаблением поверхностных капилляров кожи. Может быть следствием нарушения со стороны нервной системы, либо врождённой патологии. Кроме этого метода – другими способами невозможно установить точный диагноз, так что термография в этом случае является единственным способом установки точного диагноза. Термография активно используется в травматологии, так как она позволяет определить локализацию травмы и её тип. Для растяжений и ушибов характерно повышение температуры в конкретном участке, мышце или группе мышц. При закрытых переломах можно явно увидеть границы перелома, осколки костей, которые заметны гораздо лучше, чем на рентгеновских снимках, и безопаснее, так как отсутствует негативное внешнее воздействие. Подробнее: https://foodandhealth.ru/diagnostika/termografiya-teplovidenie/ |