Пассивная и активная термография: как тепловые камеры обеспечивают различные методы осмотра

В сценариях проверки электрических сетей, технического обслуживания промышленного оборудования и мониторинга безопасности тепловизоры стали неотъемлемыми инструментами для выявления скрытых опасностей и снижения рисков эксплуатации. Однако, по мере того как технология применяется все шире, концепции, такие как “пассивная термография” и “активная термография”, появляются все чаще. В этой статье рассматриваются принцип работы и область применения этих двух подходов и разъясняются основные различия между ними, что помогает инженерам и обслуживающему персоналу понять и выбрать подходящее решение в области тепловой визуализации.

1. Основные принципы инфракрасной термографии

Суть тепловой визуализации заключается в “виде” инфракрасного излучения, невидимого для человеческого глаза. Любой объект выше абсолютного нуля непрерывно излучает инфракрасную энергию, которую тепловизоры обнаруживают и преобразуют в визуальные тепловые изображения.

В основе работы типичного тепловизора лежат следующие этапы:

· Инфракрасное обнаружение: Объектив собирает инфракрасное излучение с поверхности объекта и фокусирует его на матрицу датчиков

· Преобразование сигнала: Датчик преобразует интенсивность излучения в электрические сигналы, при этом разные уровни излучения соответствуют разным температурам

· Генерация изображения: С помощью калибровки и расчета температуры распределение температуры отображается на псевдокрасочное или градации серого тепловое изображение

На основе этого инфракрасная термография использует два подхода к применению: пассивную термографию (без внешнего воздействия) и активную термографию (с применением внешней энергии).

2. Пассивная термография: Основное решение в промышленных приложениях

Пассивная термография обнаруживает тепло, захватывая естественное тепловое излучение, излучаемое объектом, без применения внешнего тепла. Тепловая камера анализирует статические или медленно меняющиеся температурные различия, уже присутствующие в поле зрения, тем самым выявляя аномалии. В промышленных и охранных приложениях пассивная термография стала основным решением.

1) Применения в энергетической отрасли: обнаружение скрытых источников тепла

В системах электростанций, электропередачи и распределения электрической энергии плохие электрические контакты, несоответствующие сечения проводников или местные перегрузки могут вызывать заметное повышение температуры, которое часто является первыми предупреждающими признаками отказов и аварий. Пассивная термография позволяет быстро и без контакта проводить осмотр множества электрических узлов без отключения оборудования.

Типичные применения пассивной термографии в энергетических системах включают:

· Осмотры подстанций и распределительных устройств: обнаружение аномального нагрева шин, выключателей и разъединителей для своевременного планирования технического обслуживания

· Проверки воздушных линий электропередачи и соединений: определение аномального повышения температуры на зажимах, клеммах и крепежных элементах для снижения риска перегорания и срабатывания защиты

· Мониторинг распределительных щитов и комнат: быстрое сканирование множества цепей в низковольтных щитах и распределительных коробках, определение приоритета для цепей с термическими аномалиями

Пассивная термография хорошо интегрируется с обычной инспекцией. Эта интеграция позволяет проводить анализ трендов во времени, чтобы различать временное повышение температуры и постоянное или ухудшающееся повышение.

2) Металлургия и промышленное производство: Инспекция в процессе производства

В металлургических и производственных средах оборудование естественным образом генерирует значительное количество тепла во время работы. Пассивная термография позволяет оценивать состояние критических компонентов без нарушения производства.

Общие применения пассивной термографии в промышленном производстве включают:

· Мониторинг электрических двигателей и подшипников: обнаружение аномальных температур поверхности, вызванных перегрузкой, несоосностью или плохой смазкой

· Инспекция трансмиссий и коробок передач: наблюдение за температурными моделями на корпусах для определения плохого зацепления или ухудшения смазки

· Проверка печей и высокотемпературных трубопроводов: оценка теплоизоляции и выявление местных повреждений конструкции по распределению температуры на поверхности металлургических нагревательных печей, термических печей и высокотемпературных трубопроводных систем

С использованием пассивной термографии инженеры могут быстро выявить проблемы, анализируя температурные картины. Необходимо немедленно принимать меры, если температура компонента значительно выше, чем у аналогичных элементов или исторических базовых значений.

3) Безопасность и наблюдение: выявление угроз в темноте

Термокамеры обладают явными преимуществами в условиях низкой освещенности и абсолютной темноты, так как они не зависят от видимого света и детектируют собственное тепловое излучение цели.

Общие области применения пассивной термографии в сфере безопасности включают:

· Защита периметра важных объектов: обнаружение вторжения в ночное время или при плохой погоде, устранение «слепых зон» камер видимого света

· Контроль портов и аэропортов: определение тепловых сигнатур людей, судов, самолетов и дикой природы на дальних расстояниях для поддержки идентификации и тревожного сигнала

· Безопасность крупных открытых объектов: ночь патрулирование на химических предприятиях, нефтехранилищах и складах, где тепловая визуализация помогает обнаруживать подозрительную деятельность и потенциальные источники пожара

Пассивная термография в охранных приложениях подчеркивает не точное измерение температуры, а скорее способность идентифицировать людей, транспортные средства и объекты на основе теплового контраста, а также устойчивость к воздействию окружающей среды.

4) Предотвращение пожаров и раннее оповещение: обнаружение “горячих точек” до загорания

Многие пожары начинаются с неустановленного перегрева. Пассивная термография может выявить опасные горячие точки за долгое время до появления пламени, предоставляя критическое окно для предупредительных вмешательств.

Типичные приложения пассивной термографии для пожарной сигнализации включают:

· Склады и логистические центры: обнаружение аномальных источников тепла в скопленных товарах, электрической инфраструктуре или зонах зарядки

· Мусорные свалки и угольные накопления: непрерывный мониторинг распределения температуры на поверхности для выявления потенциальных точек самовозгорания, где существует риск самопроизвольного горения

· Батарейные и зарядные устройства: мониторинг зон зарядки электрических устройств для раннего обнаружения перегретых батарей или аномальных зарядных устройств с помощью термографических изображений

Пассивный термонаблюдение эффективно сочетается с системами сигнализации, запуская оповещения, когда температура превышает установленные пороги или возникают аномальные паттерны горячих точек, тем самым обеспечивая критическое время реакции.

5) Инспекции зданий: Визуализация потерь тепла: Сделать невидимое видимым

В области энергоэффективности и диагностики зданий пассивная термография обеспечивает четкое визуальное представление о потерях тепла, происходящих в наружных стенах, дверях, окнах и крышных структурах зданий.

Типичные применения пассивной термографии при обследовании зданий включают:

· Оценка эффективности утепления наружных стен: определение зазоров в утеплении, строительных дефектов и местоположения тепловых мостов

· Проверка целостности уплотнения оконных и дверных рам: наблюдение за проникновением холодного воздуха и точками теплопотерь по картине распределения температуры

· Обнаружение утечек на крыше и повреждений от влаги: определение того, что влажные участки имеют другие тепловые характеристики по сравнению с сухими, и принятие решений на основе картины термограммы

Для бригад по эксплуатации и ремонту зданий пассивная термография представляет собой неразрушающий метод диагностики большого участка, который помогает разработать более целенаправленные планы энергосбережения и ремонта.

3. Активная термография: обследование на основе возбуждения для выявления мелких дефектов

Активная термография широко применяется как метод неразрушающего контроля (НРК). Она применяет внешнюю энергию к объекту, создавая контролируемые тепловые изменения, а затем использует термокамеры для наблюдения того, как тепловые волны распространяются и затухают в материале, тем самым выявляя внутренние дефекты.

Типичные методы внешнего возбуждения включают:

· Оптическое возбуждение: использование вспышек, галогенных ламп или лазеров для создания кратковременного или периодического нагрева (импульсная термография, термография с синхронизацией)

· Конвективный нагрев: использование горячих воздушных потоков для нагрева поверхности цели, а затем анализ распределения температуры во время охлаждения

· Ультразвуковое или механическое возбуждение: создание локального нагрева в материале с помощью методов, таких как ультразвуковая вибрация, а затем фиксация этого термического различия с помощью тепловой визуализации

В активной термографии внимание смещается на “динамическую тепловую реакцию” — области, которые охлаждаются медленнее или нагреваются быстрее, часто связаны с внутренними полостями, расслоениями или трещинами.

Для деталей сразу после сварки кратковременный внешний нагрев позволяет выявить внутренние дефекты, такие как пористость, трещины и включения шлака, путем наблюдения за распространением тепла. В композитных материалах импульсное тепловое возбуждение позволяет определить расслоение и отслоение. Такие применения становятся все более распространенными в аэрокосмической и автомобильной промышленности, где важна целостность материалов.

4. Активная термография против пассивной: понимание ключевых отличий

С практической инженерной точки зрения различие между активной и пассивной термографией отражает разные стратегии использования, а не принципиально разные аппаратные средства. Одна и та же инфракрасная камера, когда она совмещается с разным внешним возбуждением и программным обеспечением для обработки данных, может выполнять как пассивную, так и активную термографию.

Стандартные тепловизоры обычно работают в пассивном режиме, так как большинство применений, таких как энергетика, промышленность, безопасность и диагностика зданий, уже имеют достаточную естественную разницу температур, что устраняет необходимость в внешнем возбуждении.

Поэтому для предприятий, внедряющих решения тепловой визуализации в этих секторах, высокопроизводительные пассивные системы обычно более экономичны и легче внедрять; специализированные активные термографические системы в основном используются для высококлассных применений неразрушающего контроля, требующих обнаружения внутренних дефектов.

5. Рекомендации по пассивным инфракрасным камерам Raythink

Пассивные инфракрасные камеры компании Raythink используют безохлаждаемые детекторы на основе оксида вольфрама (VOx) и передовые алгоритмы обработки изображений для получения четких и точных тепловых изображений в различных условиях окружающей среды. Наши продукты обладают основными преимуществами, включая возможность мониторинга температуры в реальном времени, способность к неразрушающему контролю и работу в любую погоду.

Двухспектральная слежка камера PD464T

Двухспектральная стволовая камера FC465T

Ручная тепловая камера RM620

Термографическая кубическая камера TN220

6. Заключение

Пассивная и активная термография удовлетворяют разные потребности приложений, а не конкурируют между собой в вопросе, какая из них более передовая. Высокопроизводительные пассивные системы тепловой визуализации достигают наилучшего баланса между стоимостью развертывания, простотой использования и практической ценностью, что делает их предпочтительным выбором для большинства промышленных и охранных приложений. Компания Raythink специализируется на пассивных инфракрасных решениях тепловой визуализации, адаптированных к реальным условиям работы различных отраслей. Свяжитесь с экспертной командой Raythink для получения профессиональной консультации по выбору и развертыванию системы.