120 фото особенностей выбора точного и функционального прибора
В своей повседневной деятельности человек использует широкий спектр различного вспомогательного оборудования, посредством которого успешно решает некоторые специфические задачи. Одним из таких современных, вспомогательных инструментов является тепловизор или, так называемый – высокоточный датчик инфракрасного излучения.
Если посмотреть фото тепловизора на специализированных интернет ресурсах, можно отметить некую его внешнюю схожесть с обычными оптическими приборами: камерами, биноклями, моноклями и т.д.
Есть более сложные конструкции, напоминающие странного вида портативный телевизор. Но что собой представляет этот прибор? Каковы его особенности в техническом плане?
Что нужно знать тому, кто решил приобрести этот инструмент? Именно ответы на эти и другие вопросы вы найдете в этой статье.
Краткое содержимое статьи:
Конструктивные особенности тепловизора
Всем нам хорошо известно, что все в окружающем нас мире имеет определенную температуру.
Тепловизор – это как раз тот прибор, который переводит инфракрасную картинку окружающего мира в привычный и обычный для нашего глаза вид. Т.е., он через специальную оптическую систему снимает и, преобразуя изображение, выводит на экран, в традиционном виде.
Так, например, используя тепловизор для зданий, можно легко определить, где происходит утечка тепла, можно увидеть те места, где стены или стыки конструкций имеют повреждения – они будут более теплыми, а потому хорошо заметны на экране прибора.
Использование тепловизоров не ограничивается только коммунальным хозяйством. Его с успехом можно применять на производстве, например, для удаленного контроля температуры различного вида оборудования.
Для охотников проверка тепловизором становится оптимальным способом поиска дичи в ночной охоте. Тепловизоры широко используют в охранно-пожарных системах сигнализаций, а также при поиске заблудившихся людей в лесу, при стихийных бедствиях и т.п.
Спецподразделения применяют тепловизоры для своих целей: есть специальные прицелы, а также приборы ночного видения для техники и солдат, все они работают на тех же самых принципах.
Итак, в самом общем виде: тепловизор состоит из специального инфракрасного объектива, блока преобразования и экрана, на который выводится изображение.
Важно отметить, тепловизор, как измерительный и диагностический прибор, является бесконтактным, т.е., для определения температуры соприкосновения с исследуемым объектом не требуется.
Современные приборы построены на цифровых интегральных схемах с микропроцессорным управлением, что значительно расширяет функциональные возможности, а также позволяет выводить наглядное изображение с одновременной индикацией всех необходимых параметров.
Сам инфракрасный объектив имеет матричную структуру схожую с традиционным электронным фотообъективом. Главной отличительной чертой необходимо считать то, что для отображения обычной картинки видимого мира пиксель должен содержать информацию о цветовой яркости, а в объективе тепловизора – информацию о температуре.
После обработки полученной картинки в блоке управления, она выводится на обычный жидкокристаллический дисплей, где каждой температуре соответствует определенный цвет. Можно встретить и монохромные приборы: в них картинка выводится в черно-белом виде, где более горячие объекты имеют более светлый вид.
Параметры тепловизора
Главной характеристикой тепловизора необходимо считать термочувствительность. Данное значение определяет погрешность при температурном измерении двух рядом расположенных точек или пикселей. Чем ниже будет эта погрешность, тем качество выведенной на экран картинки будет выше.
Самыми термочувствительными являются приборы для ночного видения, этот параметр у них находится в пределах 0,025 – 0,05 градуса по Цельсию, что позволяет полноценно видеть все предметы, имеющие практически одинаковую температуру своей поверхности. Связанно это еще и с различной отражающей способностью различного вида материалов.
Для коммунальных служб, а именно для диагностики зданий и строительных конструкций на предмет энергопотерь, вполне подойдет прибор с термочувствительностью порядка 0,05 градуса по Цельсию.
Следующий важный параметр, на который стоит обращать свое внимание – разрешение инфракрасного детектора, а точнее, матрицы или объектива тепловизора.
Чем больше будет значение, тем более качественное и подробное изображение вы получите на выходе. В данном случае будет уместно провести аналогию с обычным фотоаппаратом или видеокамерой.
В зависимости от того, где и для чего вы собираетесь использовать тепловизор, необходимо правильно подобрать диапазон температур.
Именно данный параметр ограничивает область, где может быть использован ваш прибор, поскольку, например, в сталелитейном производстве, где температуры составляют тысячи градусов, будет бесполезен тепловизор с диапазоном от -40 до +500 градусов по Цельсию.
Что еще учитывать при выборе тепловизора?
При выборе тепловизора кроме его основных параметров, важно заранее решить для каких целей он будет вами использоваться. Это во многом будет определять его функциональные возможности и конструкцию корпуса.
Внимательно изучите прилагаемую с тепловизором инструкцию по эксплуатации. Обратите пристальное внимание на условия, при которых он может использоваться, параметры, функциональные и сервисные возможности.
Хочется отдельно отметить различные режимы отображения. Так, лучшие тепловизоры, как правило, выводят полноценное инфракрасное изображение на весь экран с возможностью отображения всех мелких деталей – так называемый режим Full IR.
Кроме того, они имеют режим Alpha Blending – режим слияния нормального видимого спектра и инфракрасного, а в настройках можно выбирать степень совмещения от отображения только инфракрасного диапазона до полностью видимого.
Для контроля и охраны будет оптимально использовать тепловизор с отображением в режиме IR/Visible Alarm, где на экран выводятся только области, у которых температура выше заранее установленного значения.
Фото тепловизора
Также рекомендуем посетить:
Тепловизоры для охоты: обзор, модели, фото, видео
Тепловизоры для охоты все чаще и чаще применяются охотниками как для наблюдения за объектами охоты, так и в виде тепловизионных прицелов для наблюдения и производства выстрела.
Тепловизоры с каждым годом становятся все более распространенными и более дешевыми. Попробуем разобраться для чего нужен тепловизор на охоте.Тепловизор — это устройство, предназначенное для получения видимого изображения объектов, испускающих невидимое тепловое излучение в инфракрасном диапазоне.
Любое тело с температурой выше абсолютного нуля (-273°C) испускает тепловое излучение, но человеческий глаз его не видит, он способен видеть тепловое излучение только раскаленных объектов. Для того чтобы видеть тепловое излучение окружающих тел в среднем инфракрасном диапазоне от —50 до +50°C человеку и нужен тепловизор.
Тепловизор визуализирует инфракрасное излучение от объекта, создавая на своем дисплее тепловую карту объекта, на которой более теплые объекты выделены более ярким цветом, а более холодные менее ярким. На дисплее тепловизора можно различить людей, животных и детали рельефа местности.
Тепловизор не надо путать с рентгеном. Тепловизор не видит сквозь стены, как некоторые думают, но через траву и деревья, если они не слишком густые, тепловое излучение проходит и охотник может наблюдать зверя прячущегося в зарослях.
Тепловизоры широко используются в самых разных сферах деятельности. На промышленных предприятиях и при строительстве тепловизоры используют для обнаружения утечек тепла. Военные используют тепловизоры для обнаружения противника. Спасательные службы ищут с помощью тепловизоров источники пожаров и пострадавших под завалами. Охотники не остались в стороне от остальных и стали использовать тепловизоры для охоты.
Устройство тепловизора
Тепловизор состоит из нескольких компонентов от качества исполнения которых зависит функциональные возможности прибора:
- Объектив
- Матрица
- Блок электронной обработки сигнала
- Дисплей
- Корпус
Объектив
Объектив является важной частью тепловизора. Через линзы объектива инфракрасное тепловое излучение попадает на матрицу тепловизора. Линзы объектива тепловизора покрыты германиевым напылением, которое хорошо пропускает через себя ИК излучение. Оптика тепловизора имеет черный цвет и характерный блеск.
Важным параметром объектива тепловизора является его диаметр, от которого зависит угол обзора прибора. Чем больше диаметр объектива, тем больше угол обзора тепловизора, а чем больше угол обзора, тем удобнее им пользоваться на охоте.
Современные компактные тепловизоры имеют диаметр объектива от 20 мм, более дорогие и качественные приборы имеют диаметр объектива 50 мм и более.
Матрица тепловизора
Объектив тепловизора фокусирует тепловизоре излучение на болометрической матрице. Болометрическая матрица самая важная часть тепловизора и самая дорогая. Матрица состоит из терморезисторов, напыленных на кристаллическую решетку. Под воздействием ИК излучения терморезисторы матрицы меняют сопротивление, в результате на выходе матрицы образуется электрически сигнал, который передается на блок электронной обработки.
Болометрические матрицы, пригодные для использования в тепловизорах в России не производятся, только три страны в промышленном масштабе могут их производить: США, Франция и Китай. Более того, так как матрицы для тепловизоров являются продукцией двойного назначения, которая может применяться как в гражданских, так и военных целях, в этих странах существуют жесткие ограничения на экспорт таких матриц в другие страны.
Важнейшей характеристикой матрицы является ее разрешение. Чем больше разрешение матрицы, тем лучше. Матрица с высоким разрешением дает более высокое качество картинки и лучшую детализацию, а также позволяет различить животное на более далеком расстоянии.
В тепловизорах начального уровня разрешение матрицы обычно составляет 160х120 точек, что позволяет различит животное на расстоянии до 200 метров. Матрицы с разрешением 240х180 точек, позволяют различить животное на расстоянии до 800 метров. Более качественные тепловизоры имеют матрицу с разрешением 384х288 точек, с их помощью можно различить цель на дистанции до 1500 метров.
Блок электронной обработки сигнала
Блок получает электрический сигнал с болометрической матрицы, обрабатывает его и передает на дисплей для отображения. От характеристик блока зависит частота обновления картинки, чем выше частота обновления картинки, тем лучше.
Дисплей и окуляр из оптического стекла
Изображение от электронного блока обработки сигнала поступает на дисплей для отображения. Дисплей представляет собой жидкокристаллическую или светодиодную матрицу небольшого размера. В некоторых тепловизорах для удобства наблюдения имеется окуляр с резиновым наглазником.
В тепловизорах используются дисплеи двух типов: OLED-дисплеи и LCD–дисплеи. LCD-дисплеи имеют серьезный недостаток, они замерзают при температуре ниже -10С. OLED-дисплеи лишены этого недостатка, они дают картинку хорошего качества с высоким показателем яркости, что позволяет использовать их в любое время суток и при любой температуре окружающего воздуха.
Дисплеи тепловизоров различаются своим разрешением, чем разрешение больше, тем лучше.
Корпус
Корпус защищает внутренние компоненты тепловизора от внешних воздействий. Тепловизоры для охоты эксплуатируются в условиях далеких от идеальных, поэтому большинство из них изготавливается с защитой от ударов, пыли и влаги.
Надежная защита корпуса тепловизора защищает его во время охоты. Тепловизор для охоты должен обладать степенью защиты не ниже IP54, в противном случает такой прибор не заслуживает серьезного внимания.
Характеристики тепловизоров для охоты
Для того чтобы выбрать тепловизор для охоты, нужно разобраться с его техническими характеристиками и с тем как они влияют на его работу.
Дальность действия тепловизора
Главная характеристика тепловизора, которая больше всего интересует охотника, это максимальная дальность действия тепловизора. Можно выделить три разных дальности действия для тепловизора:
- Дальность обнаружения — максимальное расстояние на котором можно обнаружить цель, но определить что это нельзя. Объект занимает на экране не менее двух пикселей.
- Дальность распознавания — максимальное расстояние на котором, можно определить что это за цель, отличить животное от человека или транспортного средства. Размер объекта на экране не меньше 6 пикселей.
- Дальность идентификации — расстояние на котором объект наблюдения можно идентифицировать, например отличить кабана от волка. Размер объекта на экране не менее 12 пикселей.
На практике дальность действия тепловизора зависит от температуры воздуха, времени суток, тип объекта наблюдения, фон на котором наблюдается объект и многих других факторов.
Разрешение сенсора
Матрицы тепловизоров имеют разное разрешение: 160×120, 240х180, 384×288. Чем больше разрешение матриц тепловизора, тем лучше. В последнее время появляются тепловизоры с еще большими разрешениями: 640×480 или даже 1024×640.
Увеличение (кратность) объектива
Увеличение объектива показывает во сколько раз изображение на экране больше видимого невооруженным глазом. Для охотничьих целей вполне подходит тепловизор с увеличением объектива от 1х до 4х.
Увеличение объектива хорошая вещь, но следует помнить, что с увеличением кратности уменьшается светосила и контрастность.
Поле зрения
Поле зрения это пространство или угол, который можно рассмотреть без перемещения тепловизора. Следует помнить, что чем выше кратность объектива, тем меньше угол обзора.
Частота обновления кадров
Электронный блок тепловизора обрабатывает картинку определенное количество раз в секунду. Частота обновления большинства тепловизоров от 9 до 60 раз в секунду.
Чем чаще происходит обновление картинки, тем меньше задержки картинки, меньше размытость изображения, меньше шлейф у движущихся объектов.
Тепловизор для охоты должен иметь частоту обновления не менее 25 Герц, еще лучше если это будет 60 Герц.
Время работы
Заряда батарей тепловизора должно хватать как минимум на 4-5 часов работы. Если вы планируете использовать тепловизор в условиях низких температур, позаботьтесь о внешнем источнике питания.
Масса и габариты
Чем меньше все и габариты тепловизора, тем удобнее им будет пользоваться на охоте.
В последнее время многие изготовители добавляют в свои изделия различные дополнительные функции: встроенный лазерный дальномер, GPS навигатор, запись видео и фото на карту памяти.
При выборе тепловизора для охоты не следует гнаться за максимальными техническими параметрами, следует помнить что тепловизор должен соответствовать, тем задачам, которые вы перед ним ставите.
Какие бывают тепловизоры для охоты
Тепловизоры могут быть выполнены в различном варианте:
- Монокуляр — наиболее удобный и компактный вид тепловизора, лучше всего подходит для охотников.
- Бинокль с тепловизором — позволяет удобнее наблюдать за объектом, часто имеют встроенный дальномер для определения дистанции до объекта.
- Тепловизионные очки — могут быть удобны для некоторых охотников, которые хотят чтобы их руки были свободными во время наблюдения.
- Тепловизионный прицел — позволяют не только вести наблюдение, но и вести прицельную стрельбу. Конструкция тепловизионных прицелов должна выдерживать отдачу мощного огнестрельного оружия, что значительно увеличивает стоимость таких прицелов.
Многие охотники используют во время охоты прицел ночного видения совместно с тепловизионным монокуляром. На сегодняшний день, это пожалуй наиболее оптимальный вариант.
Использование тепловизора на охоте
Тепловизор может помочь охотнику в следующих ситуациях:
- Для обнаружения и идентификации целей на ночной охоте и в условиях плохой видимости: во время дождя, сильного снегопада или тумана. Туман вообще пропускает ИК излучение лучше, чем видимый диапазон, так что в нем цель будет хорошо видно на большом расстоянии. Тепловизор особенно удобен: при охоте на медведя с лабаза на овсяных полях, при охоте на кабана с вышки.
- Егерям охотхозяйств тепловизор будет полезен для наблюдения за охотничьими животными и контроля популяции. Во многих ситуациях тепловизор может заменить ПНВ.
- Тепловизоры сильно облегчают поиск подранков, особенно в высокой густой траве. Делая добор подранка более безопасным для охотников и их собак.
ПНВ или тепловизор
Многие охотники сравнивают между собой приборы ночного видения и тепловизоры. У двух этих видов приборов есть между собой что-то общее, но есть и существенные различия.
- Традиционные ПНВ работают по принципу усиления имеющегося света до величин видимых человеческим глазом, это означает что ПНВ в полной темноте работать не могут, хотя бы минимальное количество света для работы им необходимо.
- Тепловизоры работают с тепловым ИК излучением, поэтому свет им не нужен.
- Приборы ночного видения не могут работать днем, а значит их нельзя использовать для поиска подранков. Тепловизоры работают днем, также как и ночью, с их помощью можно разглядеть подранка скрывающегося в густой траве или кустарнике.
Следует отметить, что у каждого из этих двух классов приборов, свое предназначение и своя сфера применения, сравнивать их между собой не следует.
Уход за тепловизором
- Когда вы не пользуетесь тепловизором, держите объектив закрытым специальной крышкой, которая идет в комплекте с тепловизором. Линзы объектива достаточно хрупкие и даже небольшая ударная нагрузка может вывести их из строя. Кроме того крышка защитит объектив от попадания в него пыли и грязи.
- Если объектив тепловизора все-таки загрязнился, используйте для его очистки только специальные салфетки.
- Не оставляйте тепловизор для охоты под солнечными лучами, они могут повредить как объектив тепловизора, так и его электронную начинку.
- Носите тепловизор, только в специальном чехле или футляре, который убережет его от ударов, падений и тряски.
Популярные модели тепловизоров для охоты
Тепловизоры Пульсар
Компания Yukon Advanced Optics выпускает различную оптическую аппаратуру под торговыми марками Pulsar и Yukon, в том числе тепловизоры и тепловизионные прицелы под маркой Пульсар. Тепловизоры Пульсар используются охотниками, туристами, работниками служб спасения, они вполне конкурентоспособны по цене и качеству с изделиями лучших производителей.
В ассортименте представлены тепловизоры с разными параметрами и разного ценового диапазона. Для многих охотников особый интерес представляет бюджетные ряд тепловизоров серии Pulsar Quantum Lite, которые имеют очень хорошее соотношение цена-качество.
Тепловизоры Flir
Американская компания Flir является мировым лидер в производстве тепловизионного оборудования. Компания Flir производит все виды тепловизоров, начиная от обычных тепловизоров бытового применения до профессиональных тепловизионных систем для военных. Компания выпускает несколько моделей тепловизоров для охоты серии Flir Scout.
Тепловизор Testo
Компания Testo является мировым лидером в производстве тепловизионной технике. Особенно широко компания представлена на рынке тепловизоров для промышленного применения. Некоторые охотники используют модели тепловизоров Testo для поиска подранков.
Тепловизор Fluke
Компания Fluke общепризнанный лидер в производстве тепловизионной техники, является ближайшим конкурентом компании Testo и модели этих двух фирм постоянно сравнивают между собой. Тепловизоры Fluke также могут с успехом применяться для поиска раненного зверя.
Тепловизоры Seek Thermal Reveal
Seek Thermal компания производящая тепловизионные устройства по доступным ценам. Большой популярностью пользуются тепловизоры в виде приставки вставляющиеся в разъем мобильного телефона, кроме того есть специальная серия тепловизоров созданная для охотников это Seek Thermal Reveal.
Тепловизор, что это такое и “с чем его едят”
Многие наверняка слышали это название — тепловизор, еще наверняка кто то видел его в фильмах и разных технических программах, но вряд ли много людей знает что это такое и как он устроен.В этом обзоре я попробую простым языком рассказать, что же это за прибор.
Как всегда будет все, описание, небольшой тест и разборка.
Для начала скажу, что я очень давно хотел себе такой прибор, и вот перед Новым годом решился его заказать.
Дело в том, что стоят такие «игрушки» очень дорого, так как покупал я его себе то выбрал самый недорогой вариант, ну и конечно самый простой. Да, около 300 долларов за тепловизор это очень дешево, профессиональные варианты начинаются от нескольких тысяч долларов и выше.
У продавца постоянная скидка и постоянно заканчивается 🙂 Но есть купон -6 баксов при покупке от 100, его я и использовал. Попросил сделать скидку немного больше, но не получилось 🙁
Для начала немного теории.
Любой предмет вокруг нас, при условии что его температура хоть немного выше температуры абсолютного нуля (-273 градуса), излучает тепло. Да, даже объект с температурой в -100 градусов тоже излучает, хоть это и кажется странным.
Ну а так как что-то излучается, то это при желании можно увидеть. Конечно человеческий глаз не способен видеть излучение в таком диапазоне, для этого необходимы приборы.
Многие точно видели и пользовались бесконтактными термометрами, я про один из вариантов делал обзор.
Принцип работы такого устройства относительно прост. Тепловое излучение от объекта наблюдения воспринимается датчиком термометра и дальше приводится в более понятное нам значение температуры.
Конечно будет вопрос, а как прибор определяет температуру, попробую объяснить.
Тела не просто излучают тепло, а излучают его с разной интенсивностью, и самое важное, с разной длиной волны.
Например диапазон длин волн видимого нам света находится в диапазоне от 380 до 740 нм (нанометров). Ниже чем 380 это ультрафиолет, выше 740 это инфракрасное излучение.
В диапазоне температур -50..+50 градусов Цельсия тела излучают с длиной волны 7..14 мкм (микрометр), температура около 100 градусов это уже 3. .7 мкм.
Прибор «видит» это излучение и определяя на какой длине волны происходит максимум излучения выдает нам значение температуры.
Но при помощи термометра мы можем определить температуру только определенной точки, а хочется видеть объект целиком.
Например так:
Или так:
Достичь требуемого результата можно несколькими способами.
1. Сканировать изображение одним ИК датчиком или линейкой датчиков
2. Использовать матрицу из большого количества датчиков.
Первый вариант очень неудобен, так как измерение занимает длительное время, но разрешение изображения почти не ограничено, вопрос только во времени измерения. Да и в таком варианте присутствуют механические узлы.
Второй вариант проще, но с получением большого разрешения есть свои сложности.
Вот о втором варианте мы сегодня и поговорим.
Чувствительная матрица состоит из большого количества чувствительных элементов, которые воспринимают ИК излучение сфокусированное при помощи линзы объектива.
По сути это куча одиночных ИК термометров, без схемы обработки, собранных на одном кристалле.
Разрешение таких матриц не очень большое, топовые матрицы, доступные гражданским людям, имеют разрешение до 1280*720, но о стоимости даже говорить не хочется.
Для более менее бытового использования используются матрицы попроще, 60х60 — 384х288.
Особенности применения накладывают ограничения на разрешение матриц.
Дело в том, что мы смотрим за тепловым излучением, мало того что длина волны ИК излучения не позволяет сделать матрицу совсем компактной, так еще начинаются проблемы с паразитным подогревом или охлаждением соседних ячеек матрицы, следим то мы за тепловым излучением.
Т.е. возможна ситуация, когда тепло, попадающее на один из чувствительных элементов матрицы подогревает соседний элемент и возникает погрешность.
Матрица, которая воспринимает тепловое излучение, называется болометрической камерой.
Набирается такая матрица (в большинстве распространенных тепловизоров) из большого количества микроскопических тонкопленочных терморезисторов.
Собственно сам принцип измерения накладывает второе ограничение, такие матрицы медленные, обычно тепловизоры снимают с частотой 5-10 кадров в секунду.
Конечно существуют тепловизоры и с большей частотой кадров, но они дороже и больше нужны для например для систем управления автомобилями.
Сравнение тепловизора с 9 к/сек и 30к/сек.
С теорией я думаю немного стало понятнее (по крайней мере я надеюсь), пора перейти к практике.
Тепловизоры бывают нескольких типов.
Одни используются просто для наблюдения, например военными или охотниками, как вариант, службами спасения.
Эти тепловизоры отличаются большой дальностью работы, но не имеют функций, свойственных второму типу.
Второй тип относится к классу измерительных. Для них важна точность измерения температуры, ее отображение в нескольких точках, возможность записи фото или видео и прочее.
Такие тепловизоры выглядят немного по другому и скорее напоминают увеличенный вариант бесконтактного термометра.
Кроме того зачастую люди путают тепловизоры и приборы ночного видения ПНВ.
Это совсем разные приборы.
ПНВ это обычно активный прибор, который содержит мощную ИК подсветку, и камеру видящую в этом диапазоне отраженное от объектов ИК излучение.
Тепловизор же полностью пассивный прибор, сам по себе ничего не излучающий (кроме излучения собственно работы электроники) и принимающий тепловое излучение от объекта.
Каждый прибор имеет свои плюсы и минусы, например тепловизор не видит объекты, которые имеют температуру окружающего воздуха или видит их гораздо хуже. Кроме того тепловизор не видит объекты которые находятся за стеклом, так как обычное стекло почти полностью экранирует тепловое излучение.
Зато ПНВ не видит в тумане, кроме того теплые и холодные объекты на экране почти не отличаются.
Для сравнения я приложу небольшой ролик, который показывает разницу.
На этом вступительная часть закончена и я перейду к описанию того, что я купил и получил.
Остальные объяснения и описания я буду приводить уже в процессе обзора.
Как я писал во вступлении, заказал я тепловизор прямо перед Новым годом, в первых числах января продавец его отправил, но отслеживаться начал он только после 9 января.
Ну а 25 января я забрал его с почты. Шел он обычной почтой Китая, никаких EMS, DHL и пр.
Честно говоря я ожидал что он будет заметно меньше, раза так в 1.5-2 и когда мне на почте вручили большую коробку, то я даже немного удивился.
Вообще конечно можно было посмотреть размеры на странице товара, прикинуть размеры коробки, но я как то даже не подумал этого сделать.
Наиболее близкий по характеристикам, но фирменный, прибор это FLIR TG165.
Пришел в целости и сохранности, даже родная упаковка не пострадала.
Упаковка из прочного картона, за это зачет производителю. Она не пострадала даже при том, что ехала в обычном конверте с пупыркой.
Сверху присутствует краткая рекламная информация, а также фотография прибора.
Снизу коробки почти полное описание технических характеристик.
Размер экрана — 2.4 дюйма
Разрешение термочувствительной матрицы — 60х60 (3600) пикселей.
Разрешение камеры видимого изображения — 0.3мр. (в реальности меньше)
Угол «зрения» камер — 20 х 20 градусов, минимальное расстояние до объекта 0.5м (показывает и при меньшем, но камера сфокусирована на нормальную работы от 50см)
Тепловая чувствительность (минимальная регистрируемая разница температур) — 0.15 градуса Цельсия.
Диапазон измеряемых температур — -20-300 градусов С.
Точность измерения температуры ±2% или ±2 градуса.
Подстройка коэффициента эмиссии — 0,1-1
Частота измерений — 6 раз в секунду.
Диапазон регистрируемых длин волн — 8-14мкм
Фокусировка — фиксированная фокусировка
Цветовая палитра — цвет каления железа, радуга, контрастная радуга, Черно белый, черно белый инверсный.
Режимы отображения — пять режимов. Только камера, только тепловизор + три смешанных режима.
Карта памяти — microSD
Формат сохранения фотографий — BMP
Питание — 4 батареи 1.5В, размера АА
Время работы от одного комплекта батарей — до 6 часов
Автоотключение — 12 минут
Сертификат — CE (EN61326-1:2006). На самом деле этот сертификат оговаривает только ЕМС совместимость.
Размеры — 212х95х62мм
Масса — 320гр
Гарантия — 2 года
Когда открывал коробку, то чувствовал себя папуасом. Дело в том, что коробка открывается не привычным мне способом, а имеет крышку на паре мелких магнитов.
Я не знаю откуда производитель взял эту коробку, но когда я его открыл, то у меня было чувство, что мне прислали девчачий тепловизор 🙂
Цвет коробки, а также красивые голографические картинки (при смене угла зрение создается впечатление что они вращаются, красиво), вызывает некий диссонанс с назначением прибора.
Комплект поставки ну очень скромный.
1. Прибор
2. Чехол
3. Ремешок к чехлу
4. Инструкция
5. Карта памяти 4ГБ.
Я сделал несколько фотографий инструкции, основные страницы, возможно будет интересно.
Кроме того я сделал небольшой перевод основных пунктов инструкции.
—————————
—————————
Как я писал выше, в комплекте дали чехол, внешне похожий на кобуру.
Чехол плотный, верхняя часть фиксируется при помощи «липучки».
Чехол действительно прочный, качественно прошит.
По периметру имеет вставку из декоративной «молнии», т.е. самая обычная молния, но без бегунка. Сделано скорее всего для того, чтобы обеспечить жесткость.
На одной из сторон имеется крепление на пояс, но как по мне, очень хлипкое.
Внутри небольшой карманчик, очень неглубокий.
Ремешок для ношения на плече. Ремешок как ремешок. металлические карабинчики, крепкий, черный 🙂
А вот и сам прибор, на вид действительно немаленький.
По бокам наклейки с краткими параметрами прибора и названием.
Спереди блок с камерами, светодиодом и кнопкой «фото».
ИК камера находится сверху, ниже располагается камера для видимого спектра, под ними светодиод подсветки.
Светодиод реально мелкий и слабый, от меня вообще ускользает его смысл, так как подсветить он может только на расстоянии 20-30см и то еле еле.
На правом фото он включен.
Включается светодиод длительным удержанием кнопки «фото», выключение аналогичным образом.
С обратной стороны находится экран и клавиатура.
Размеры экрана почти полностью совпадают с размерами спичечного коробка, длина и ширина.
Клавиатура простая, 6 кнопок.
Кнопки меню и выбора я немного описывал в части с фото инструкции, расскажу про остальные.
Кнопки влево/вправо — выбор режима отображения, обычная камера, ИК или совмещение изображений.
Кнопки вверх/вниз — это отдельная тема. Данные кнопки необходимы для выбора и настройки параметров в меню прибора, в обычном режиме работы они не используются.
Все бы ничего, но кнопка вверх уменьшает параметр, вниз — увеличивает.
Ну вот как так можно сделать? Не иначе как специально, ведь это просто неудобно.
При этом перемещение по меню происходит нормально, но для увеличения параметра надо жать кнопку — вниз, где логика?
Когда я заказывал прибор, то знал что в комплекте должна быть карта памяти, но ее не было видно.
Сначала я даже немного растерялся, так как слот для карты памяти плотно закрыт резиновой вставкой под свет корпуса и внешне выделяется только лепестком для открывания.
Вообще корпус пластмассовый, серого цвета. То что на фото желтое, это резина, довольно толстая, это видно на фото с открытым отсеком для карты памяти.
Кстати карта памяти в комплекте не безымянная, а вполне себе SanDisc, правда 4 класса.
Снизу находится отверстие с резьбой для установки на штатив, по размеру такое же, как применяется в фототехнике.
Также там закреплен ремешок (темляк) на руку.
В руке прибор выглядит как то так.
Сидит удобно, но если без батареек, то кажется очень легким.
Масса прибора без элементов питания всего 227 грамм (в инструкции написано 320 грамм).
Крышка батарейного отсека сидит очень плотно, открывается сдвиганием вниз.
По бокам крышки присутствуют дополнительные «захваты», фиксирующие крышку в закрытом состоянии.
Для проверки прибора купил четыре самых дешевых щелочных батарейки. Но скажу сразу, «кушает» он их весьма активно. Потому лучше использовать либо NiMh аккумуляторы, либо переделывать под литий.
Батарейки сидят очень туго. Нет, точнее сказать ОЧЕНЬ туго. Вставлять лучше сначала пару которая уходит внутрь корпуса, потом нижние две.
Первое включение.
При включении отображается заставка с полосой загрузки ПО, после этого прибор переходит в последний установленный режим. Т.е. если у Вас было настроено микширование, то в таком режиме он и включится, очень удобно.
При работе явно видно небольшое запаздывание изображения с ИК камеры относительно камеры для видимого спектра.
Для примера я сделал коротенькое видео, где виден этот недостаток, а кроме этого показан процесс загрузки, работы, фотографирования и выключения.
Если честно, то удивило качество экрана, а вернее его углы обзора.
Ожидал что будет картина как со старыми ЖК мониторами, когда нормально видеть можно только при взгляде прямо в экран.
Но практика показала, что изображение отлично видно при взгляде со всех сторон кроме взгляда сверху. Слева, справа, снизу и прямо все отлично.
Кроме того экран очень яркий, по умолчанию стояла минимальная яркость 10%, с ней можно вполне нормально работать, я выставил 30%, так мне показалось лучше, при 100% уже очень ярко.
Заметил, что после установки батареек изменилась развесовка прибора, низ стал тяжелее и держать в руке стало гораздо удобнее.
Так как пункты меню я уже описал ранее, то сразу перейду к примерам работы.
Для начала встроенная камера. Я понимаю что она нужна только лишь для привязки реального изображения к термограмме, но как то совсем грустно.
Обусловлено это тем, что экран прибора всего 320х240 пикселей, соответственно и изображение с камеры имеет то же разрешение.
Для фото она подходит лишь условно, но реально для работы ее вполне достаточно.
Баланс белого в камере видимо настроен на естественный свет, потому как в помещении камера начинает «зеленить».
В процессе эксплуатации выяснилось, что изображение с камер не совпадает.
В принципе это было предсказуемо, так как камеры находятся не на одной оптической оси, а одна над другой.
Практика показала, что оптимальное расстояние составляет около 1-1.5м, но с ростом расстояния разбег увеличивается не сильно.
На фото я прошелся по всем пяти режимам отображения и заодно заглянул в морозилку (раз уж пришел на кухню).
Краткое пояснение того, что отображено на экране.
Вверху отображается температура в середине изображения (центральный маркер), справа заряд батареи.
Внизу отображается минимальная и максимальная температура в кадре. Два дополнительных маркера (при необходимости отключаются) показывают эти точки. Но маркеры на экране одинаковые, потому при очень маленькой разнице температур понять тяжело где какой.
По центру нижней части отображается текущее время, справа полоска режима цветовой палитры (я позже продемонстрирую ее работу).
Кстати прибор довольно корректно показал температуру в морозильной камере, и я даже воспользовался микрофонариком, который встроен в тепловизор (без него вообще ничего не было видно).
Для следующего эксперимента я сделал себе чашку кофе с молоком и решил проверить различные цветовые схемы. К сожалению пока экспериментировал и фотографировал, кофе остыл 🙁
Я не знаю точно название данных схем, но первой покажу ту, которая мне больше всех нравится.
Затем идет черно белая и черно белая негативная.
И еще две цветные схемы. Я не стал делать все 5 вариантов фото, а сократил лишь до максимального смешивания и полностью ИК.
Дальше я экспериментировал уже с тем, для чего он собственно покупался.
Так как я занимаюсь всякими блоками питания, да и просто разной электроникой. А как известно все это любит активно выделять тепло, то я решил что мне мало просто бесконтактного термометра, и удобнее будет «видеть» все это более основательно.
Для эксперимента я взял известный многим блок питания 24 Вольта 4 Ампера, и фотографировал его с разных сторон и в разных режимах.
Блок питания был предварительно прогрет током в 3.5 Ампера.
На этих фото явно видно смещение в вертикальной плоскости, там, где работает наложение одного изображения на другое.
Сорри за много фото, увлекся 🙂
На этом я пока с фото закончу, другие фотографии будут еще в конце обзора, а я займусь тем, что мне очень нравится, разборкой.
Так как устройство любопытное, то не разобрать я его просто не мог. Скажу даже больше, когда я его получил, то я уже хотел посмотреть что там внутри, просто из любопытства.
Я конечно прекрасно представлял, как оно собрано и что примерно я там увижу, но представлять и пощупать это разные вещи :))))
Дело в том, что я привык оценивать качество приборов и устройств не только по работе, а и по качеству сборки.
Разборка устройства
Еще с самого начала я приметил три резиновые заглушки на ручке. Две были видны, а одна была под наклейкой.Естественно первым делом я их отковырнул. Но был реально удивлен, так как оказалось, что под ними крепежа нет, просто отверстия О_о.
Единственное что отвинчивается для разборки корпуса, это винт в нижней части.
Перед дальнейшей разборкой я бы советовал убрать детей подальше, так как будете ругаться громко и долго.
Слова будут типа таких — Да какой же это нехороший человек такое собрал.
Объясню. Передняя часть крепится при помощи защелок, которые ОЧЕНЬ тугие, а так как прибор стоит почти 300 долларов, то это добавляет некоторую остроту ощущениям. Особенно когда разбираешь первый раз и без подсказок.
Как оказалось, внутри довольно много свободного места.
Передняя часть соединяется с остальными узлами только при помощи экранированного шлейфа (помним что устройство имеет сертификат) и проводов к кнопке и батарее.
Дальше хуже. Переднюю часть прибора снять оказалось еще тяжелее. В итоге мне пришлось применить силу и попытаться открыть конструкцию разделяя половинки корпуса.
после очередного громкого щелчка половика корпуса отделилась, а снять переднюю часть со второй половинки оказалось уже делом техники.
В итоге я получил такой вид разобранного прибора.
Несколько слов о спусковой кнопке.
Сделана она довольно неплохо, но она мягкая, хотя и с заметным щелчком.
Для удобства фотографирования это конечно хорошо, так как понятно, что никакого оптического стабилизатора изображения здесь нет. Но с другой стороны ее легко нажать случайно.
Сначала я для отмены нажимал кнопку на панели управления, но потом выяснил, что для этого достаточно нажать на спусковую кнопку еще раз, хоть здесь подумали об удобстве.
В дальнейшем я думаю добавить небольшую пружинку, чтобы немного увеличить жесткость кнопки, надо только подумать как это лучше сделать, так как разбирать прибор не очень удобно.
Снизу корпуса присутствует гайка для установки прибора на штатив, а так как снизу расположен крепежный винт с гайкой (хорошо что винт вкручивается не в пластмассу), то мне кажется эта конструкция довольно неплохой.
Разобрать устройство можно не прибегая к помощи паяльника, все разбирается как конструктор.
В итоге часть с электроникой отделяется от остального корпуса.
Дальше я будут рассказывать об отдельных узлах всей этой конструкции.
Часть, которая занимается математикой и отображением информации.
Если бы не провода, зафиксированные термоклеем, то я бы поставил твердую 5, но так как производитель сэкономил на разъемах, то скорее 4 балла.
Плата собрана очень аккуратно, все чисто и красиво, хотя мелкие нюансы присутствуют.
1. «сердцем» устройства является 32 битный ARM микроконтроллер семейства STM32F207VE на ядре Cortex®-M3. Так как микроконтроллер занимается не только математикой, а и выводом на экран и микшированием изображения, то его мощность никак не кажется излишней.
2. В устройстве стоит два кварцевых резонатора, основной на частоту 8МГц и «часовой».
Вот этот часовой кварц могли бы и как то закрепить, потому как при ударе он отвалится первым.
3. Также на плате был обнаружен операционный усилитель MCP6002. Что он здесь делает, понятия не имею.
4. Так как прибор содержит встроенные часы, то присутствует и батарейка для их питания.
Тип батарейки — CR1220.
Насколько я понял, это узел питания, а вернее стабилизаторы для питания различных узлов устройства.
Разбираем дальше.
Открутив четыре небольших самореза я получил доступ к передней панели, экран мне чем то напомнил экраны для Ардуино, возможно это он и есть.
Под экраном нет ничего интересного, несколько мелких резисторов и все.
Судя по подключению кнопок используется довольно известное решение с подключением клавиатуры к АЦП процессора. Т.е. нажатие кнопок меняет напряжение на входе процессора и по изменению напряжения процессор узнает какую из кнопок нажали.
Исключением является кнопка включения/выключения. Сделано это потому, что в спящем режиме АЦП отключен.
Плата процессора при помощи шлейфа соединена с платой матриц.
На этой плате также установлен слот для установки карты памяти и видеоконтроллер AL422B производства Averlogic.
Выглядит модуль довольно монолитно и аккуратно.
Две платы и пластмассовая рамка, на которой собственно все собрано.
По задумке разработчиков, для разделения плат присутствует разъем.
но при попытке его разделить я отломал одно из «ушек» защелки, хотя это далеко не первый мой разъем такого типа, подозреваю что изначально он был поврежден.
На качестве фиксации шлейфа это особо не отразилось, но дальнейшую разборку я производил уже без отключения шлейфов.
Я мог конечно отключить его, но представив проблему сборки всего этого обратно. передумал.
Дальше пришлось разбирать «как есть». Заодно увидел на плате датчик температуры 18B20 производства Dallas. Собственно его показания я и видел в меню настроек.
Так как для нормальной работы прибора необходима информация о температуре матрицы, то для этого внутри и установлен датчик. Из положительных моментов, хорошо что не поставили какой нибудь терморезистор или диод, как в одном из моих прошлых обзоров.
Кстати. В некоторых приборах. для улучшения характеристик, применяется охлаждение матрицы, но это совсем другой класс приборов, когда цена прибора сопоставима с ценой машины.
Вот я и добрался до ИК матрицы. Выглядит она очень просто, небольшой черный квадратик с 24 выводами. Черное это защитная пленка, прозрачная в тепловой спектре излучения.
Ниже видно линзу объектива. на вид она не просто непрозрачна, а еще и зеркальная.
Дело в том, что обычное стекло не пропускает тепловое излучение, поэтому оптику для тепловизоров делают из несколько других материалов.
Как пример, фото руки через стекло.
Википедия пишет что —
Поскольку обычное оптическое стекло непрозрачно в среднем ИК диапазоне, оптику тепловизоров делают из специальных материалов. Чаще всего это германий, но он дорог, поэтому иногда используют халькогенидное стекло, селенид цинка или даже полиэтилен. В лабораторных целях оптику также можно делать из некоторых солей, например поваренной соли, также прозрачной в требуемом диапазоне длин волн.
Судя по тому что я вижу, а также информации найденной в других источниках, могу предположить, что здесь оптика изготовлена из германия.
Вообще объектив для тепловизоров это довольно дорогая штука. Например защитное стекло (хотя формально это не стекло) из германия для фирменного тепловизора стоит примерно как обозреваемый прибор.
На плате ИК матрицы обнаружены пара операционных усилителей LTC2050HV и один неизвестный компонент с маркировкой ltxt.
Остальные компоненты особого интереса не представляют.
Плата также собрана очень аккуратно, внешне претензий у меня не возникло.
Вторая камера гораздо проще. Внешне похожа на камеру от первых мобильных телефонов с камерами. Впрочем может быть что она таковой и является.
Камера прижимается пластмассовой рамкой, рамка не симметричная, потому при сборке надо быть внимательным. Не болтается, прижата очень прочно.
Камера реально очень маленькая, снизу защищена металлической пластинкой.
Перед просмотром этого фото я рекомендую любителям фонариков отойти от экранов, так как они могут испытать некоторый шок…
Часто говорят, что бы китайцы не сделали, все равно получается фонарик.
Здесь ситуация диаметрально противоположная. В мире существует много хороших малогабаритных и ярких светодиодов, но поставить для подсветки такой светодиод надо еще постараться.
Я не знаю сколько люмен у него световой поток, но светодиоды на передних панелях некоторых устройств светят гораздо ярче. Однозначно надо менять, потому как это что угодно, но не подсветка.
В конце я решил попробовать немного доработать конструкцию. Хотя это скорее не доработка, а небольшой эксперимент.
Выше я писал, что при наблюдении присутствует сдвиг изображений относительно друг друга, так как камеры стоят не на одной оси.
В качестве проверки я приклеил тоненький кусочек скотча под нижнюю часть камеры, чтобы немного приподнять ее нижний край.
Но мысль у меня несколько другая. Хочется добавить возможность ручной регулировки положения камеры. Как по мне, то это очевидное решение, но пока я не знаю как это лучше сделать. Хочется чтобы внешне это не сильно выделялось, пока думаю.
Все, собираем прибор в обратном порядке. Собирается он гораздо проще. Сложили половинки, защелкнули переднюю и заднюю часть, не забыли про ремешок на руку, прикрутили винтик внизу.
Для полной разборки прибора использовалась отвертка и специально затупленный скальпель.
Уже после всего процесса я вспомнил что не сделал замеры потребляемого тока. Для мобильного устройства это более чем важно.
Некоторые измерения меня несколько удивили.
1. В выключенном состоянии прибор в диапазоне 200мА ничего не регистрирует, т.е. ток менее чем 100мкА.
2. Ток потребления во время загрузки прибора около 144мА
3. В рабочем режиме и 30% яркости потребление меняется в диапазоне 120-130мА
4. Зайдя в меню я попробовал настроить 100% яркости, но при более чем 80% потребление составило более 200мА и прибор «зашкалило», поэтому оставил 80%
5. Изначально я думал, что пока прибор находится в режиме отображения меню настроек, то потребление меньше, так как нет обработки сигнала с камер. Но выяснилось, что как раз в меню потребление больше, чем в рабочем режиме.
Если в меню и 80% яркости ток был 193мА, то после перехода в рабочий режим упал до 166 мА.
6. А самым экономным режимом оказался режим тепловизора, когда обычная камера отключена.
Я еще во время работы заметил, что после перехода из режима тепловизора в любой другой, на долю секунды проскакивает предыдущее изображение. Оказывается. что в этом режиме обычная камера отключена и потребление заметно уменьшается.
При яркости 30% потребление падает до 81 мА. потому 6 часов работы от нового комплекте хороших батарей вполне реальны.
Ну и в конце немного фото различных предметов, которые я делал в процессе подготовки обзора.
Но для начала сравнительное фото до подъема камеры и после.
Слева до, справа — после.
1,2 Работа электронной нагрузки. Видно тепло от установленный внутри радиаторов, хотя они активно продуваются воздухом. Корпус закрыт.
3. Нагрев кабеля 2.5мм.кв под током 20 Ампер.
Кстати, заметил что довольно неплохо можно увидеть распределение тепла на кабеле.
4. Нагрев контактов разъема из моего прошлого обзора, ток около 20 Ампер.
1,2. Максимальная заявленная температура измерения 300 градусов. На самом деле прибор измеряет примерно до 320 градусов. На фото огонек сигареты в пепельнице.
Прибор постоянно пытался показать перегрузку, поэтому пришлось подбирать положение так, чтобы он показал максимум.
3, 4. Фотоаппарат после недолгой фотосессии.
5. Такое будет изображение если занести теплый прибор на балкон, когда на улице -20 градусов.
6. А такое изображение просто пола без ярких источников тепла.
Вот как бы и все. Теперь можно подвести небольшой итог.
Плюсы
Прибор полностью работает
В работе показал себя стабильно, отсутствуют какие либо сбои или зависания
Присутствует весь необходимый минимум настроек.
Хорошая, крепкая конструкция
Возможность записи фото на карту памяти
Карта памяти в комплекте
Крепкий чехол в комплекте.
Хорошая упаковка.
Цена, дешевле решения я не нашел.
Минусы
60х60 это реально самый минимум разрешения, лучше иметь хотя бы 80х80, а действительно комфортно должно быть начиная с 128х128.
Кнопка спуска все таки мягковата.
Несовпадение изображений с камер
Фонарик скорее есть, чем работает, однозначно переделывать.
Батарейное питание, аккумуляторное было бы гораздо удобнее.
Мое мнение. На самом деле данный прибор скорее занимает место между продвинутым ИК термометром и простыми тепловизорами. Частота обновления изображения в 6 к/сек реально более чем достаточна, для большинства измерительных работ ее достаточно с головой.
Если выбирать между тепловизором с большим разрешением и большой частотой кадров лучше выбрать большее разрешение. По крайней мере я бы так выбирал сейчас.
По своему я немного расстроен. Конечно я представлял как выглядит изображение 60х60 пикселей, но действительно хотелось бы больше.
А что действительно раздражает, так это несовпадение изображений с камер.
Я конечно к этому приспособился, но думаю доработать конструкцию добавив возможность регулировки.
Из плюсов тепловизора можно подчеркнуть то, что даже такой простой вариант реально помогает в работе, особенно при наблюдении в динамике. Можно просто осмотреть тот же блок питания с разных сторон и увидеть распределение тепла, холодные и горячие зоны.
Не знаю, поможет ли кому нибудь мой обзор, так как прибор очень специфический и даже в таком простом варианте довольно недешевый.
Предвижу вопрос, а почему не взять Seek Thermal, который имеет больше разрешение.
Цены устройств примерно одинаковы, мне хотелось законченное решение, а в случае покупки Seek Thermal мне пришлось бы докупать еще и смартфон. Кроме того, как я понял, он еще и не со всякими смартфонами может подружиться. А если к этому добавить еще и сложности при покупке…
В общем критерии были таковы, полностью законченное решение, способное отображать тепловую картину объекта и этим критериям обозреваемый тепловизор соответствует.
Как всегда, жду вопросов, дополнений, да и просто комментариев.
ИК фотографии несколько однообразны, но в будущем в процессе подготовки обзоров я планирую применять данный прибор, потому фотографии будут еще 🙂
А сегодня в обзоре котик
И неизвестная кошка
Прискакала за котиком.Надо же чем то разбавить обзор 🙂
Тепловизор Flir One. Модификация. Тесты. Сравнение с Seek Thermal. (много фото)
ПредысторияТепловизор — камера которая получает картинку в виде температурного градиента исследуемой поверхности. В своих обзорах я измерял температуру с помощью тепловизора в виде приставки к смартфону — Seek Thermal. Но тепловизор мне не принадлежал и я решил выбрать свой собственный, а арендуемый отдать владельцу. Данная статья будет состоять из описания и сравнения функций двух имеющихся у меня тепловизоров.
Выбор среди дешёвых тепловизоров небольшой. В пределах $200-250 редко когда можно найти варианты полноценных устройств в Б\У варианте, но есть упрощённые тепловизоры — приставки к смартфонам (к Android и iPhone). Известные мне я вывел в таблицу.
Как видите, в таблице расположились только продукты молодой американской компании Seek Thermal Inc и умудрённой опытом известной американской компании FLIR Systems.
Выбор пал на FLIR One for Android потому что:
— это же FLIR! (FLIR, это как FLUKE, только FLIR)
— Seek thermal Compact уже есть, хочу сравнить
— FLIR One имеет меньшее разрешение, но снимки дополняются второй встроенной камерой
Ценообразование. В Amazon на FLIR One for Android и на SEEK thermal Compact цена стоит на отметке — $250, но в течении месяца может варьироваться от $220 до $260 (это не учитывая Б\У варианты). Однажды видел SEEK thermal Compact за $196.97.
/Далее по тексту Seek thermal Compact = Seek. FLIR One for Android = FLIR/
Отличия этих тепловизоров в двух словах
— Seek мелкий, FLIR габаритнее
— У Seek чуть выше разрешение матрицы, у FLIR это значение официально неизвестно (вероятно 160 x 120)
— Seek выдаёт термо картинку, FLIR смешивает картинку из двух камер (термо и обычной)
— Seek питается от смартфона, FLIR имеет свой аккумулятор
Комплектация богатая. Внутри, судя по картинке, меня ждёт Samsung Galaxy S6. Производитель положил в комплект к тепловизору:
— резиновый защитный чехол
— две резиновые наклейки — демпферы
— фирменный кабель для подзарядки
— два micro USB переходника для разворота устройства относительно смартфона
— длинный поясок для крепления защитного чехла на шее
Сам FLIR One имеет пластиковый корпус и весит не больше зажигалки. При подключении к смартфону держится уверенно, хоть длинный micro USB разъём и создаёт приличный рычаг. Я не стал использовать комплектные накладки — демпферы. Толщина резины больше зазора между устройствами и USB уже не так надёжно вставляется. И с накладками не получается использовать комплектные USB переходники.
В сравнении с Seek
Модель: FLIR ONE Android
диапазон измерения: -20° to 120°C
работает при температурах: 0°C to 35°C
масса ~78 grams
габариты (L × W × H) 78 x 26 x 18 mm
аккумулятор: 350 mAh Li-Ion
камера: VGA (для смешивания с тепловой камерой)
чувствительность: 0.1° C
подзарядка: через micro-USB током 1A
Сертификация: FCC, CE, RoHS, CAN ICES-3 (B)/NMB-3(B), UL
Страничка на сайте производителя: www.flir.com/flirone/android/#fullfeatures
Описание (PDF): www.flir.com/uploadedFiles/FLIR_ONE/Resources/FLIR-ONE-User-Guide-Android.pdf
Совместимость
Для работы с Flir One нужна ОС Android не ниже 4.4.2 и OTG USB порт (для Apple модификации — порт lighting). Можно ознакомиться со списком поддерживаемых устройств: www.flir.com/flirone/android/#androidCompatibility
Несовместимых устройств мало и список немного странный. Смущает «Lenovo Xperia Z» и проблемы с LG G3 (4.4.2). Проверил на LG G2 (5.0.2), LG G3 (6.0), LG G4 (6.0.1) – всё работает.
Последовательность действий
— заряжаем устройство
— вставляем тепловизор в micro USB порт смартфона
— включаем тепловизор кнопкой питания
— запускаем одноимённую программу
У FLIR в программе отображается уровень заряда устройства. В программе можно:
— выбрать тип съёмки (Photo \ Video \ Panorama \ Timelapse)
— изменить цветовую гамму
— включить вспышку в качестве подсветки
— включить задержку съёмки на 3 или 10 секунд
— указать, что тепловизор перевёрнут как фронтальный
— выбрать «выделять цветом только горячие точки»
— выбрать тип поверхности измеряемого материала (матовый \ немного матовый \ немного глянцевый \ глянцевый)
— сохранить GPS координаты в снимке
— включить \ выключить автоматическую калибровку
Фотографии сохраняются в формате *.jpg с автоматическим названием вида «flir_20160809T110750.jpg». Разрешение фото (4:3) 640×480, а после обработки в редакторе FLIR Tools — (4:3) 449×336.
Но это ещё не всё! Так как FLIR поддерживает часы на Android Wear, то при запуске часы предлагают управлять удалённо.
Но и это только цветочки. FLIR One в фото сохраняет много всего (данные о измерениях, фото в видимом диапазоне). И программа под названием «FLIR Tools» (под Android, iOS, MacOS, Windows) умеет с полученным фото делать следующее:
— вытащить «только фотографию» или «только термоснимок»
— изменить прозрачность и алгоритм смешивания фото с термоснимком
— заменить цветовую палитру
— наложить на фото большое количество точек, окружностей и прямоугольников, внутри которых будут отображаться max\min значения температур.
— конвертация выбранных файлов в PDF
— отправить выбранные файлы по почте \ Box \ Dropbox \ FTP \ средствами Android
— показать на карте GPS координаты из снимка
— выдать всю информацию по снимку
Use case
Тепловизор даётся Гордому Фримену, который идёт в самый центр эксперимента, делает панорамное фото и сразу выкладывает в Dropbox. В лаборатории учёные получают фото и уже сами выбирают гамму, устанавливают метки и изучают области температур.
Разрешение и чувствительность
Я считал, что разрешение у тепловизора — самый главный параметр. Оказалось, что это не так. FLIR с его 160 x 120 демонстрирует контрастные снимки при разнице температур всего в один градус. А у Seek матрица сильно «шумит» и показывает контрастную картинку, но если разница температур составляет не менее пяти градусов.Фокусировка
Вот этот параметр довольно интересен, а в некоторых случаях и критичен. Дело в том, что термоснимки могут быть чёткие и контрастные, а могут демонстрировать лишь «цветные облака». Для фокусировки нужна оптика, которая прозрачна в ИК диапазоне. Оптика дорогая, так как создаётся из специальных материалов, таких как селенид цинка (ZnSe). Оба обозреваемых тепловизора уже имеют линзы с фиксированным фокусным расстоянием.Углы обзора
У FLIR углы обзора чуть шире, чем у Seek. Я использовал фокусировку на лист А4 и линейку для определения расстояния до бумаги. По очень приблизительным расчётам углы обзора равны 40° для FLIR и 33° для Seek.Отзывчивость и частота кадров
У FLIR скорость обновления картинки примерно 10 кадров в секунду, задержка около 0.5 секунды. Примерно раз в 30 секунд картинка замирает (устройство калибруется, это можно отключить).Отзывчивость у Seek хорошая. Скорость обновления картинки примерно 10 FPS, но время на подбор палитры для «рассеивания тумана» может достигать пяти секунд. Задержка небольшая, но калибровка может влиять на обновление картинки задерживая вывод на 1-5 секунд. Слышно как устройство постоянно негромко щёлкает затвором каждые пять секунд.
ИзмеренияТепловизоры в действии
Если не задаваться целю измерять температуру, то редко когда тепловизоры могут показать что-то интересное. Вот такой у нас вид с балкона.слева FLIR | Seek справа
Фотография в помещении. Контрастность невысокая и можно лишь сравнить «информативность» снимков.
слева FLIR | Seek справа
Вот так выглядит натюрморт из различных материалов комнатной температуры. Перед нами металлические предметы, резинка, канифоль, пластик, фольга, слива. (металл и фольга отражают тепло окружающих предметов и выделяются на снимках)
слева FLIR | Seek справа
Эти фотографии лишь подтверждают, что тепловизор не функционален в повседневной жизни. Покемонов не ищет, ну разве что фото еды и селфи должны неплохо получаться. Правда, есть и удачные термоснимки.
Если использовать по прямому назначению, то информативность снимков увеличивается.
Начнём с малого — с себя. Измеряем палец как эталон температуры.
Переходим к микроскопии. Нагреваем лампочку размерами 5х3 мм.
Тут разница между различными видами измерения предстаёт во всей красе. Тепловизоры видят не просто нагретое стекло, но и тепловое пятно источника внутри колбы. А пирометр измеряет слишком большую область, так что среднее значение гораздо ниже остальных.
Ну и границы измерений — кратко.
влияние поверхности на тепловую картину
Для демонстрации были взяты четыре металических крышки. Одна обработана наждачной бумагой, вторая влажная, на третью нанесены два различных лака, четвёртая осталась без изменений. Все крышки нагревались и охлаждались одинаково.
На графике можно увидеть как поверхность материала влияет на показания тепловизора.
малые величины
Я хотел показать использование тепловизоров для поиска незаметных глазу вещей. К сожалению, Seek не способен передать небольшие девиации температур, так что тут он аутсайдер.Тепловой отпечаток от горячей чашки
Отпечаток рук на рабочем столе
«Он не мог далеко уйти, мышка ещё тёплая!» Тут можно увидеть, что Seek демонстрирует неплохой результат. Дело в том, что это фото сделано с нескольких попыток, а картинка контрастна из-за горячего монитора.Прозрачные материалы
Я постарался показать как пропускают тепло некоторые прозрачные и глянцевые материалы. Для этих целей я погрузился в миниатюрный мир, который освещает маленькая лампочка (так я отгородился от паразитных тепловых засветок).
монета перекрытие | монета отражение
фольга перекрытие | фольга отражение
стекло перекрытие | стекло отражение
бумага перекрытие | прозрачный PET пластик перекрытие
полиэтилен перекрытие | полиэтилен (8 слоев) перекрытие
Расскажу про модификацию для фокусировки на небольшом расстоянии. Как я уже говорил в абзаце «фокусировка», для этих целей нужны линзы из определённых материалов — германия, кремния, селенида цинка и прочих. Оптику ZnSe используют для фокусировки лазера и продают во многих местах, имеется выбор в диаметре, фокусном расстоянии и цене. Главным в ценообразовании является производитель — Китай или США. Китайские дешевле раза в полтора, но некоторые продавцы пишут «если ваш лазер больше 100W – берите американские». И я решил, что у меня лазер больше 100W, взял дорогую линзу. Я хотел продемонстрировать максимум и получить самые чёткие и контрастные фотографии. Возможно, китайские линзы будут не хуже в этом плане, но это уже проверять вам.
Я за US $26.50 прикупил 20mm diameter ZnSe Lens with 50.8mm/2″ у продавца с хорошим выбором линз и отличными отзывами. Доставка была быстрой, упаковано от души.
Сразу после распаковки я состряпал универсальное крепление для обоих тепловизоров. Это заняло пять минут и не претендует на повседневное использование, но для тестов сойдёт.
Если корпус Seek удобен для установки дополнительных линз, то с FLIR пришлось повозиться. Я скотчем заклеил вторую камеру (программное отключение не предусмотрено), а кусок резины пришлось вырезать фигурно, иначе насадка соскакивает с обтекаемого корпуса.
Вот тут оба тепловизора раскрыли свои возможности и показали на что способны. Seek хоть и имеет меньший угол обзора, но высокое разрешение матрицы помогает получить детальные снимки. Но всё ещё при условии, что разница температур выше 3-5 градусов. У FLIR чуть больше угол обзора, а чувствительная матрица способна иногда различить SMD элементы и без дополнительной линзы. С линзой картинка чёткая и ясная. Для получения чуть контрастного фото схему можно даже не включать. Немного мешают шумы от закрытой скотчем камеры, но через FLIR Tools можно выбросить эту информацию.
FLIR до | FLIR после
Seek до | Seek после
Сопоставление трёх фотографий. На центральной я отметил масштаб.
По результатам тестов скажу что с линзой получить читаемую тепловую картину можно, но я не могу сказать что эта информация будет вами воспринята однозначно. Наличие тепловизора ещё не гарантирует вам нахождения неисправности. Горячий элемент или широкая медная шина могут засветить изучаемые элементы даже на противоположной части платы. В пример приведу плату одного контроллера (приёмник зарядного стандарта Qi).
Как вы думаете, какие элементы будут самыми горячими на плате? Ответ под спойлером.
Ответ
Горячими являются три конденсатора вверху. Если бы плата была неисправна, то я бы заподозрил их в первую очередь. Но они являются частью LC контура принимающего до 5W энергии, так что без понимания работы схемы термоснимки не очень «читаемы».Снимаем видео Я решил понаблюдать за остыванием кусочка бумаги смоченной в горячей воде. Положил две бумажки на крышку, одну из них намочил. Никакой особой цели не преследовал, только хотел получить какое-то действие в течении всей съёмки.
Заряда аккумулятора хватило на 40 минут, после чего я получил видеоролик на 4ГБ.
Запись ведётся со следующими параметрами.
Name: flir_20160818T215039.mp4Format: MPEG-4 Version 2
Duration: 36mn 12s
Overall bit rate: 15.8 Mbps
Video
Format: AVC [email protected]
Bit rate: 15.7 Mbps
Width: 640 pixels
Height: 480 pixels
Display aspect ratio: 4:3
Frame rate: 8.639 fps
Audio
Format: AAC LC
Nominal bit rate: 96.0 Kbps
Channel(s): 1 channel
Sampling rate: 44.1 Khz
Для уменьшения продолжительности видео (и размера файла) есть возможность настроить запись в формате Time-lapse, в котором настраивается периоды и длительность записи.
переметры видео с помощью ПО от Seek …
Name: thermalVideo_1471607264878.mp4
Duration: 41mn 31s
Video
Format: MPEG-4 Version 10
Bit rate: 0.8 Mbps
Width: 1280 pixels
Height: 720 pixels
Display aspect ratio: 16:9
Audio
Format: AAC
Nominal bit rate: 65.0 Kbps
Channel(s): 1 channel
Sampling rate: 44.1 Khz
Формат видео
Для примера, запись видео с помощью ПО от Seek за эти же 40 минут разрядила смартфон на 26%, а смартфон буквально раскалился. Видео заняло всего 274 МБ места, но оказалось полностью непригодным для просмотра. Редкие цветные точки на чёрном фоне на тепловую картину не похожи.
Стоит отметить, что у FLIR ёмкость в процентах определяется с погрешностью. У заряженного устройства ПО в течении 10 секунд уменьшило заряд с 100% до 92%. А полностью разряженному устройству приписало целых 20%, после чего связь с FLIR пропала.
После полного разряда я поставил тепловизор на подзарядку. Производителем заявлен аккумулятор на 350 mAh (около 1.3 Wh). Через 25 минут заряда устройство получило 0.8 Wh (61% заряда), после чего ток потребления уменьшился с 0.45A до 0.07A. На третьем часу подзарядки в сторону тепловизора ушло 1.8 Wh и я прекратил заряд — это похоже на бесконечный процесс. Могу предположить, что полутора часов будет достаточно для полного заряда.
После продолжительной эксплуатации у меня появилась привычка подзаряжать тепловизор перед каждой фотосессией. Сложно запомнить сколько заряда оставалось в прошлый раз, а погрешность в определении заряда запутывает ещё больше.
Что в итоге Я хотел показать что вас ожидает, если у вас появится надобность в тепловизоре при минимальных вложениях. Конечно, этот аппарат вам не заменит других методов измерения, но он вам поможет составить (в прямом смысле) общую картину происходящего.Но есть и нюансы:
— нужно понимать, что излучение тепла у различных материалов сильно отличается. И даже два одинаковых металлических предмета одинаковой температуры будут сильно отличаться на фото тепловизора, если один из них будет, к примеру, влажный.
— не забываем про способность некоторых материалов \ покрытий отражать тепло. Так что холодная металлическая поверхность с полосами краски через тепловизор может быть видна как горячая поверхность (отражает вас горячего) с холодными полосами.
— стекло, прозрачный пластик, полиэтилен (частично) — непрозрачны для тепловизора! К примеру, мощные светодиодные лампочки выглядят холодными (пластиковый колпак не нагревается), но маломощные газоразрядные — горячими (нагревается стеклянная колба).
Недостатки
У Seek претензии к ПО. Если ранее у них были глупые ошибки уровня «на сохранённом фото метки показаний смещаются относительно реальных измерений». То сейчас программа лишь изредка вылетает. И требование логина выглядит нелепо. После FLIR у Seek начал раздражать цветной фоновый шум, хотя раньше я его даже не замечал.У FLIR хотелось бы видеть на экране не просто крестик измерения по центру, а автоматический поиск max \ min значений температуры, как у Seek. И аккумулятора хватает всего на одну — две сессии. Ещё резиновый чехол не внушает доверия. Прикрыть им оптику — самое то, но от песка или влаги не защитит.
Области применения Seek thermal Compact
— поиск явного источника тепла \ холода на большой территории (лес, склад, тоннель)— мгновенное определение min \ max значений температур
— изучение явного нагрева крупных элементов электрической схемы
— изучение нагрева SMD элементов при наличии линзы (хорошее разрешение, средняя чувствительность, малый угол обзора)
Области применения FLIR One for Android
— поиск источника тепла \ холода на большой территории (лес, склад, тоннель)— определение наличия скрытых источников тепла \ холода (труба или проводка в стене)
— отображение небольшой разницы температур порядка 0.5 градуса (тепловой отпечаток пальцев на кодовом замке)
— изучение нагрева крупных элементов электрической схемы
— изучение нагрева SMD элементов при наличии линзы (среднее разрешение, отличная чувствительность, большой угол обзора)
— длительное наблюдение за тепловыми изменениями с помощью функции time-lapse
— формирование отчёта (в программе Flir Tools) с указанием точек и областей с min \ max значениями температуры
Если вам мало, то некоторые исследования и сравнения есть вот на этом форуме
Был рад помочь, разъяснить, показать. У меня всё.
Тепловизор: как это работает – Энерго Х
Тепловизор – современный прибор, при помощи которого снимаются данные теплового излучения любого объекта. В Харькове и Харьковской области компания «Энерго Х» профессионально использует тепловизор для обследования зданий, сооружений и оборудования.
Немного истории
Приборы, позволяющие наглядно отображать температуру поверхностей различных предметов, появились еще в 20-х годах прошлого века. Например, эвапорограф давал возможность получить тепловое изображение на испаряющейся под воздействием теплового излучения тонкой масляной пленке. Понятно, что это было весьма капризное и нелегкое в эксплуатации устройство.
Современные тепловизоры основаны на, так называемых, неохлаждаемых микроболометрических матрицах. Полупроводниковый болометр – датчик теплового излучения – был изобретен компанией Bell еще в 40-х годах прошлого века для военных нужд. В дальнейшем отдельные болометры научились группировать в матрицы, подобные тем, что работают в цифровых фотоаппаратах. Это позволило создать такое относительно недорогое и простое в эксплуатации устройство, как тепловизор, позволяющее увидеть температуру поверхности того или иного объекта.
Тепловизор: принцип действия
Любое тело с температурой больше абсолютного нуля (-273 ºС) испускает тепловое излучение, которое мы не видим, но в некоторых случаях можем почувствовать. Так, тепло от раскаленной спирали электрообогревателя вполне ощущается нами на расстоянии. Тепловизор регистрирует именно такое тепловое излучение предметов и переводит в видимое нами изображение, раскрасив его в удобные для анализа условные цвета. На рисунке представлен результат работы тепловизора для обследования зданий, такая фотография называется – термограмма. Для удобства расшифровки термограммы справа расположена шкала температур с соответствующими цветовыми диапазонами. Хорошо видно, что тепловое излучение от стены дома распределяется следующим образом:
- наиболее холодные участки – стены;
- более значительная отдача тепла идет через стекла окон и низ стен, прилегающих к фундаменту;
- наибольшие теплопотери происходят вследствие негерметичности стеклопакетов.
Тепловизоры являются очень чувствительными устройствами. Например, используемый в нашей компании тепловизор TROTEC IC080LV, может отображать перепады температуры всего в 0,05ºС, тогда как считается, что человек не может различать перепады температуры менее чем в 0,2 ºС, да и то в очень небольшом диапазоне.
Эти устройства нашли широкое применение в строительстве, энергетике и энергоаудите, в частности для определения мест утечек тепла и нерационального использования энергоресурсов. Ведь с помощью тепловизора можно практически сразу, бесконтакнтым способом получить точную тепловую картину для достаточно больших объектов. Причем сделать это можно как с расстояния сотни метров, так и применив прибор всего лишь в 1-2 сантиметрах от предмета обследования.
На первый взгляд работа с тепловизором представляется достаточно простой. Однако, при детальном изучении вопроса оказывается, что доверить ее можно только профессионалам. Именно они знают, что для получения достоверной информации, при помощи данного прибора, необходимо учесть множество факторов. Среди них:
- размер исследуемого объекта;
- оптимальное расстояние, на котором проводится съемка;
- погодные условия;
- температура нагрева объекта за счет внешней среды и многие другие параметры.
«Энерго Х» – профессиональное использование тепловизора
Наша компания имеет богатый опыт в использовании прибора-тепловизора для различнх обследований. Инженеры ООО «Энерго Х»:
- ежегодно проходят курсы повышения квалификации;
- знакомы с новейшими тенденциями на рынке услуг энергоаудита;
- качественно и добросовестно выполняют работы;
- готовы выполнять заказ в любое удобное для клиента время, работаем даже в выходные и праздничные дни.
Если вы думаете, что тепловизионный аудит вам не по карману – вы ошибаетесь. Стоимость обследования при помощи тепловизора доступна многим. Некоторые расценки приведены в таблице:
Объект обследования | Тепловизионная съемка | Обработка термограмм | Составление отчета | Всего, грн |
---|---|---|---|---|
Квартира до 80 кв. м | 700 | 100 | 200 | 1000 |
Квартира 130-200 кв. м | 1100 | 500 | 200 | 1800 |
Дом до 200 кв. м | 1600 | 1000 | 400 | 3000 |
Помещения 300-500 кв. м | 2600 | 2000 | 400 | 5000 |
Внимание! Полученная экономия на энергоресурсах не только компенсирует затраты на обследование, но и позволит вам высвободить дополнительные финансы.
Закажите обследование на сайте компании или позвоните нам по телефону. Используйте тепловизор для обследования зданий – это лучший способ сэкономить денежные средства!
Что такое тепловизор, как его выбрать по параметрам и виды устройства
Виды тепловизоров
То, как выглядит тепловизор, вы можете рассмотреть на фото. Помимо этого я рекомендую ознакомиться с типами устройств, чтобы ориентироваться в назначении, классах и функциях. Условно их можно разделить на:
-
наблюдательные;
-
измерительные;
-
стационарные;
-
переносные;
-
высокотемпературные.
При этом все виды тепловизоров построены по одинаковому принципу — преобразование ИК-лучей в видимые температурные диаграммы, отображаемые на дисплее.
Наблюдательные приборы
Смотровые тепловизоры зачастую оснащаются монохромными экранами. Такая цветовая гамма дает наибольшую контрастность, что требуется для отслеживания людей или животных, находящихся на охраняемых территориях либо на природе. Этот подвид используется военными, охранниками, силовыми структурами, а также охотниками, спасателями, натуралистами.
Поскольку данные тепловизоры нужны только для наблюдения, охраны, обнаружения теплых тел, они могут не иметь средств для определения температуры.
Измерительные приборы
Чувствительность тепловизоров этого типа намного выше. Экран передает цветное изображение, каждый оттенок которого соответствует определенной температуре. Устройство требуется для измерения температуры поверхности предметов. Термограмма показывает степень нагрева любой точки отснятой картинки.
Измерительные тепловизоры нужны для дистанционного контроля без разрушения конструкций. Они используются в строительстве, промышленности, медицине, диагностике электрического оборудования и т.д.
В эту группу можно отнести визуальные пирометры. Это недорогие тепловизоры измеряют температуру в центральной точке изображения, выводя на экран тепловую диаграмму невысокого разрешения. Несмотря на то, что картинка получается более размытой по сравнению с устройствами экспертного класса, ее достаточно, чтобы увидеть области аномального нагрева или охлаждения. Это скорее бытовые приборы.
Стационарные приборы
Это мощные тепловизоры, оснащенные охлаждаемым сенсором. Поскольку их конструкция несколько громоздкая, они не предназначены для перевозки.
Их устанавливают на производстве, чтобы следить за технологическими процессами. Наблюдаемый температурный промежуток может составлять от -40 до +2000 градусов Цельсия.
Датчик тепловизора этого типа охлаждается жидким азотом. Так получается выдерживать высокий нагрев, достоверно отображая тепловые данные. Матрицы фотоприемников делаются из полупроводников.
Переносные приборы
В основе этих приборов лежат неохлаждаемые болометры — сенсоры из кремния. Переносные тепловизоры более компактны по сравнению со стационарными за счет отсутствия системы охлаждения. Ими проще пользоваться для исследования труднодоступных мест. При этом сохраняются все преимущества стационарных устройств. Большинство приборов имеют именно переносное исполнение.
Высокотемпературные приборы
Высокотемпературный тепловизор может быть как стационарным, так и переносным. Он характеризуется способностью точно определять нагрев свыше +650…+1000 градусов Цельсия. Существуют модели, способные работать при 1200 градусах и больше. Они предназначены для контроля котлов, узлов, иных конструкций, подвергающихся сильному нагреву. Зачастую такое оборудование задействовано в литейных цехах, металлургических комбинатах, энергетике, т.д.
Как устроен и как работает тепловизор
Основой тепловизора служит матрица, способная преобразовывать инфракрасное излучение в электрические сигналы. Такая чувствительная полупроводниковая пластина меняет проводимость в зависимости от изменения температуры. Электронный сигнал поступает в микросхему или микропроцессор, где обрабатывается, а затем выводится на дисплей в виде термической диаграммы. На матрице ИК-лучи фокусируются посредством оптической системы.
Сложно представить, как работает тепловизор, если не понимать его конструктивных особенностей. Разберем кратко каждую его составляющую часть и ее действие, которая обязательно есть в каждом устройстве.
Конструкция тепловизора
Вне зависимости от того, какой тепловизор выбрать, он будет состоять из:
Несмотря на то, что конструкция тепловизора остается неизменной, внешний вид различается из-за габаритов, функций и технических характеристик.
Объектив
Матрица и объектив составляют до 90% цены устройства. От свойств объектива зависит дальность тепловизора. Его стоимость настолько высока из-за того, что линзы изготавливаются не из стекла, а из германия, потому что стекло не пропускает инфракрасное излучение. Германиевые линзы подвергаются дополнительному просветлению посредством нанесения тонкопленочных покрытий.
То, на каком расстоянии работает тепловизор, зависит от типа объектива. Кроме стандартного, которым оснащаются все устройства, в комплекте могут идти телескопические и широкоугольные объективы.
Телескопические несколько сужают угол обзора, однако они способны действовать как бинокль — приближать отдаленные объекты. Наблюдательные тепловизоры могут различать источники тепла на километровых расстояниях.
Широкоугольные объективы наоборот расширяют обзор. Это полезно, если нужно исследовать крупное здание, которое не помещается в обычное компактное устройство. Необходимость склеивать панорамную картинку из нескольких снимков может остаться, однако количество фрагментов за счет широкоугольной оптики можно уменьшить, что облегчает энергоаудит.
Дисплей
Весь диапазон температур тепловизора отображает экран. Собранная информация о нагреве объекта выводится на дисплей в виде термограммы — снимка, раскрашенного в различные оттенки, каждому из которых соответствует своя температура. Диагональ должна быть достаточной, чтобы обеспечивать четкость картинки в полевых условиях.
Экран помимо измерительных данных может отображать время, уровень заряда аккумуляторов, дату, другую вспомогательную информацию. Здесь же отражается меню настроек, с помощью которых можно подготовить отчет, задействовать весь функционал прибора.
Элементы управления
Они представляют собой кнопки, посредством которых устройство настраивается, приводится в действие. Зачастую можно настроить цветовую гамму изображения, слить картинки в одну, выбрать точку для определения температуры, подготовить отчет и т.д. На цифровых тепловизорах последних моделей кроме основных управляющих клавиш органом управления может служить сенсорный экран.
Хранилище данных
Эта функция не обязательно должна входить в основные параметры тепловизора, однако ей оснащаются большинство современных приборов. Вся собранная информация — снимки, термограммы, голосовые или текстовые аннотации, видео — сохраняются на встроенных или подключаемых картах памяти. Могут применяться накопители различных видов и разной вместительности — это зависит от класса устройства.
Кроме внутренних или внешних флешек в возможности тепловизора последних серий наличие функций передачи данных. Они оснащаются Wi-Fi или Bluetooth-модулями, посредством которых собранные сведения передаются на смартфоны, планшеты, ноутбуки. При наличии USB-порта информацию можно передать напрямую на компьютер. Если есть HDMI-порт, то становится возможной потоковая трансляция видео на подключенный монитор или телевизор.
Дополнительные элементы конструкции
То, какой тепловизор купить лучше, могут определять дополнительные функции. К ним относятся:
-
лазерный указатель, облегчающий наведение фокуса на объект;
-
возможность записи видео или аудио;
-
встроенные средства анализа информации;
-
датчик, определяющий влажность объекта;
-
компас или GPS-навигатор для сохранения координат места исследований и т.д.
В зависимости от форм-фактора прибора он может оснащаться ручкой (обычно ее имеют компактные тепловизоры пистолетного типа), дополнительной камерой на 3-5 мегапикселей, сменными аккумуляторами. Объектив защищается крышкой, устройство в целом — чехлом со шнурком.
Технические характеристики прибора
Именно от них зависит область применения тепловизоров. К ним относятся:
-
разрешение инфракрасного датчика;
-
разрешение и размер дисплея;
-
температурный диапазон;
-
чувствительность;
-
погрешность измерений;
-
спектральный диапазон.
Ориентируясь на эти параметры, можно определить, какой тепловизор лучший для тех или иных задач.
Разрешение инфракрасного датчика
ИК сенсор тепловизора имеет значительно более низкое разрешение, чем у привычных камер смартфонов, ввиду его высокой стоимости, сложности изготовления. Чем выше разрешающая способность, тем более четким получается изображение и точнее определяется температура.
Недорогой тепловизор для дома оснащается датчиком, разрешение которого не превышает 160х120 пикселей. Этого хватит, чтобы понять, требуется ли ремонт, пора ли менять утеплитель, нет ли угрозы образования плесени. Такая матрица покажет, где образовались мостики холода, насколько теплые или холодные окна. Однако для проведения полноценного энергоаудита их может быть недостаточно.
К полупрофессиональным решениям относятся приборы с разрешением 320х240 пикселей. Они уже подходят для энергетического аудита здания, более детального определения тепловых утечек. Термограммы получаются более четкими. Чтобы сделать их еще лучше, встроенные программы могут склеивать одну картинку из нескольких снимков.
Профессиональные приборы получают чувствительную матрицу разрешением 640х480 точек или выше. С их помощью распределение тепла на объекте измеряется еще более четко. Однако при вопросе, нужен ли тепловизор этого класса для повседневного использования — ответ однозначный: нет. Он слишком дорогой. Такие модели нужны там, где требуется слежение за температурными изменениями высокой точности.
Разрешение и размер дисплея
Читая описание тепловизора, нельзя путать разрешение жидкокристаллического экрана с разрешением матрицы/датчика/сенсора/инфракрасного детектора. Разница между ними такая же, как между камерой и экраном на смартфонах.
Параметры дисплея не влияют на размер термограммы. Однако от них зависит то, насколько четко будет видна картинка до распечатки отчета или до передачи его на компьютер. Почти любой бюджетный тепловизор имеет дисплей с диагональю 3,5 дюймов и с разрешением 320х240 пикселей. Более дорогие модели могут оснащаться экранами разрешением 640х480 точек и выше.
Температурный диапазон
Один из главных критериев выбора тепловизора. Каждый прибор может измерять температуру до конкретных пределов. Это определяет его предназначение.
На вопрос, какой тепловизор выбрать для обследования дома, могу порекомендовать модели, предел которых — +100 градусов Цельсия. Если требуется прибор для диагностики электрического оборудования, верхняя граница должна быть +350°C. Для слежки за теплогенераторами, котлами значение увеличивается до +650 градусов. В химической, энергетической, стекольной, металлургической промышленности требуются модели, способные определять температуру до +1200 градусов или выше.
Чувствительность
Параметр влияет на контрастность термограммы. Он характеризует то, какой температурный перепад сможет уловить прибор. Чтобы проводить энергоаудит, чувствительность должна быть не более 0,1°C. Если нужно определить, какие детали механического или электрического оборудования перегрелись, вышли из строя, можно выбрать менее чувствительную модель. Повышенная чувствительность нужна, чтобы найти скрытые протечки, места с превышением влажности, незначительных скрытых изъянов, т.д.
Погрешность измерения
Точность определения температуры тепловизором зависит от погрешности. Большинство устройств ошибаются не более чем на 2%. Для энергоаудита этого достаточно. Чтобы получить высшую точность, понадобятся приборы с азотным охлаждением.
Спектральный диапазон
Этот параметр тоже влияет на то, для чего нужен тепловизор. Чтобы выполнять термографирование зданий, нужен прибор, работающий с электромагнитным излучением, длина волны которого составляет 7-14 микрон.
Если же нужно снять здание со сплошным остеклением, понадобится устройство с охлаждаемой матрицей и спектральным диапазоном 3-5 мкм. Это поможет измерить температуру поверхности стекла без учета его отражающей способности.
Где применяются тепловизоры
Область применения данной техники обширна. Они очень активно используются в охранной сфере благодаря возможности увидеть злоумышленника в полной темноте. Приборы с высокой чувствительностью применяют правоохранительные органы. Они способны показать, что кто-то взялся за дверную ручку, в течение около тридцати минут — на ручке останется тепловой след.
Неисправные механические и электрические приборы нагреваются из-за трения, замыкания, иных причин. Тепловизоры определяют нагрев без разбора оборудования. Отсутствие разборки и частичного демонтажа делает их полезными в строительстве. Так можно увидеть, в каких местах стены повредилась теплоизоляция, где окна, пол или крыша недостаточно утеплены. Этими приборами можно увидеть, в каких местах опорных конструкций возможно обрушение из-за растягивания или «усталости» металла.
В промышленности устройства помогают определить:
-
соблюдение техпроцессов;
-
режим сварки;
-
работоспособность оборудования;
-
наличие неисправностей установок;
-
степень пожарной опасности;
-
утечки газов трубопроводов, т.д.
Приборы применяются и в медицине. Они определяют то, как распределяется температура по телу. Нарушение равномерности, места повышенного нагрева свидетельствуют о воспалениях или сбоях в работе органов. Нередко тепловизоры устанавливаются в аэропортах для выявления пассажиров, больных гриппом.
Как выбрать тепловизор
Эти устройства универсальны. Разобравшись, на чем основывается действие тепловизора, неопытный покупатель зачастую приобретает прибор, наделенный максимумом возможностей. Однако это ошибочный подход. Главное, что нужно при выборе — определить цель и доступный бюджет.
Перед тем, как выбрать тепловизор, определите несколько критериев, которые облегчат поиск:
Охрана
Охранные тепловизоры служат приборами ночного видения. Главное их отличие в том, что тепловизоры не реагируют на видимый свет, вспышки которого устройство для ночного зрения ослепляют. Охранные устройства не меряют температуру, однако температурный диапазон должен быть как можно более широким, чтобы сигнализация не срабатывала ложно, а картинка получалась максимально контрастной.
Чтобы изображение было четким, лучше выбрать прибор с матрицей высокого разрешения. Если охранный периметр очень большой, рекомендую устройства с длиннофокусными объективами.
Выбирая охранные тепловизоры, важность их параметров можно условно оценить по десятибалльной шкале:
Устройства этого назначения могут оснащаться поворотными механизмами, гиростабилизаторами, дополнительными защитными средствами для возможности установки во взрывоопасных зонах, т.д.
Один из лучших моделей:
-
РТР-100Ф;
-
РТР+225М;
-
PERGAM S140;
-
ТИТАН Ex.
Недорогие модели тепловизоров
Простые тепловизоры умеренной стоимости нужны для исследования коттеджей, дач, частных малоэтажных домов, квартир. Они подходят для проверки электрики помещения или машины, поиска изъянов в теплых полах, т.д. В эту категорию входят:
-
к смартфону мини-тепловизор FLIR OnePro разрешением сенсора 160х120 точек;
-
FLIR MR160 с разрешением 80х60 со встроенным влагомером;
-
Guide BritIR B0, подходящий для проводки;
-
Testo 865 с разрешением 160х120 для техобслуживания и монтажа.
Для строительства и электрооборудования
В этих областях тепловизоры помогают найти тепловые утечки, неисправности оборудования. Оптимальный выбор — устройства с матрицами от 320х240 пикселей. Полезной будет функция цифрового улучшения изображения, которая повышает разрешение картинки до 640х480 или 1024х768 точек для улучшения четкости термограммы.
В условиях российского климата особенно важно учитывать диапазон рабочих температур. Обследование зданий проводят зимой, лучшее время — безветренный вечер, когда на улице 0-10 градусов Цельсия или ниже, а внутри — +20-25°C. Такой температурный перепад дает наиболее четкую картину всех теплопотерь в отопительный сезон. Улучшив теплоизоляцию дома, можно уменьшить расходы на отопление от 15% и более.
Если обследование здания проводится в летом, когда разница между домом и улицей минимальна, рекомендую применять аэродверь. Это создаст необходимый тепловой напор. Если нужно определить эффективность работы отопительной системы и ее труднодоступных элементов, поможет тепловизор с лазерным указателем — с ним навести фокус на отдельные узлы будет легче.
Одни из лучших моделей:
-
профессиональный прибор для энергоаудита FLIR T1020 с матрицей 1024х768;
-
FLIR T540 — устройство с дальномером, датчиком GPS, сменным объективом, матрица 464х348;
-
профи-измеритель Guide C400, оснащенный GPS, Wi-Fi, разрешение 400х300;
-
Guide C640 Pro с сенсором 640х480, температурами -20…+2000 градусов Цельсия, сменными объективами;
-
Fluke TiX1000 с разрешением 1024х768, чувствительностью в 0,05°C и 32-кратным увеличением.
Отзывы о тепловизорах
Иногда отзывы на тепловизоры могут еще больше запутать с решением, какой выбрать прибор. Потребители сходятся в одном: выбирать нужно, основываясь на целях использования и доступном бюджете. Не гонитесь за всеми наворотами, если они не пригодятся. Для охоты, охраны лучше устройства с дальномерами, телескопическими объективами, четкой картинкой. Для промышленности — с высоким диапазоном, отказоустойчивостью. А для обследования домов, коттеджей, дач — компактные, автономные приборы, которых хватает на несколько часов работы от батареи.
Следом за пользователями рекомендую также обращать внимание на:
Форм-фактор. Устройство должно быть удобным в использовании. Одни тепловизоры имеют ручку, как у пистолета, другие выполняются в виде видеокамеры. Нужно следить за тем, чтобы вес тепловизора тоже был удобным, особенно при частых обследованиях объектов на выезде.
Поддерживаемые форматы. Информация, собираемая измерителем, должна читаться на других устройствах. Универсальный формат видео — mpeg-4, аудио — mp3, wav, картинок — jpeg. Такие файлы откроются как на смартфонах, так и на компьютерах. Специализированные форматы пригодны, если с тепловизором в комплекте идет «родное» программное обеспечение, устанавливаемое на ПК.
Режимы работы. Полезные опции — «картинка в картинке» и совмещение изображений. С их помощью отслеживать тепловые утечки, перегрев от неисправности, дефекты, т.д. становится намного удобнее. Отчеты с термограммами, построенными на основе совмещения изображений, становятся более наглядными и эффектными.
Гарантия и техническая поддержка. Тепловизионная техника дорогая поэтому следите за гарантийными обязательствами. Это поможет в случае обнаружения брака или появления неисправностей. Лучше выбирать устройства зарекомендовавших себя фирм.
Наконец, большинство пользователей сходятся во мнении, что если тепловизор нужен только для пары проверок дачного домика, обследования квартиры или загородного коттеджа, то нет необходимости в покупке тепловизора, который потом будет пылиться среди инструментов. Намного выгоднее заказать услугу тепловизионного обследования у меня на сайте. После проведения диагностики я выявлю уязвимые места вашего дома или квартиры на продувание, предоставлю полный отчет с фотоснимками, расшифровкой и базовыми рекомендациями по устранению.
Тел: 8 (906) 771-74-64
Почта: [email protected] Оставить заявку
Пирометры и тепловизоры – что это такое?
Иногда термометры бывают бессильны и замерить температуру предмета можно только бесконтактным способом. Здесь-то и приходят на помощь пирометры и тепловизоры. Изучаем возможности и принципы их работы.
На фото:
Пирометр
Прибор для бесконтактного определения температуры. Что такое пирометр? Иногда определить температуру обычным термометром бывает крайне затруднительно по одной из следующих причин:
а) предмет очень горячий;
б) расположен далеко или в труднодоступном месте;
в) измерение надо провести быстро;
г) нужно оперативно сравнить температуру в нескольких точках.
В таких случаях выручит пирометр. Он выдает довольно точный результат практически моментально.
Как он работает?
Пирометр видит инфракрасное (тепловое) излучение. И по нему определяет степень нагрева предмета. Поэтому зачастую пирометры называют «инфракрасными».
Пирометр это не градусник. Пирометры способны показать температуру поверхности, но не окружающей среды, хотя некоторые модели благодаря встроенному датчику могут определять и температуру воздуха. Что касается цен, то на рынке есть как образцы с заоблачной стоимостью, так и вполне бюджетные экземпляры.
Тепловизор
Показывает тепловое видео. А что такое тепловизор? Тепловизор это прибор, работающий как термографическая камера. Она выводит на дисплей тепловое видео со значениями температуры. С тепловизором вы получаете картинку, на которой все видно в режиме онлайн и вам не придется измерять температуру в отдельных точках.
Обнаружение утечек тепла в доме – наиболее типичный пример использования таких приборов на практике. Правда, тепловизоры – удовольствие не дешевое.
На фото:
Возможности пирометров
Широкий диапазон температур. Конкретные цифры зависят от модели: одни видят от -30 до 350 градусов Цельсия, другим доступны величины от -50 до 1400 градусов.
Точность измерения. Ее обычно обозначают в градусах и/или процентах. Наиболее часто встречаются значения ±1-1,5˚С/1-1,5% (в зависимости от того, что больше).
Особенности пирометров
Лазерный луч. Его наличие – важная черта пирометров. Он служит целеуказателем.
Легкие и эргономичные. Пирометры имеют рукоятку эргономичной формы (зачастую обрезиненную) и весят немного, всего 200-500 граммов, благодаря чему их легко удерживаешь одной рукой.
Удобны и просты в работе. Даже новичок быстро освоится без инструкции, хотя ознакомиться с ней стоит. Нажимаете на кнопку и наводите «инфракрасного» помощника на нужную точку. Температура отобразится на дисплее уже через 0,2-0,5 сек. Если удерживать клавишу нажатой, прибор будет отслеживать и выдавать результат непрерывно.
Дополнительные возможности
На фото: пирометр C12 LTGE компании Milwaukee.
Определение минимальной и максимальной температуры. Это происходит непосредственно в процессе сканирования. Можно также выполнить инспекцию в установленном диапазоне температур: вы задаете минимальное и максимальное значение и начинаете пирометрию. Когда прибор определит температуру ниже уставленного минимума, загорится «холодный» светодиод, если же превышено максимальное значение, вы увидите «горячий» индикатор (также возможна сигнализация звуком).
Настройки
Коэффициент излучения (степень черноты). Точная пирометрия подразумевает правильную настройку этого коэффициента, иначе прибор определит температуру с ошибкой. У продвинутых моделей его задают в диапазоне от 0,1 до 1,0. Дело в том, что у разных по свойствам поверхностей разный коэффициент излучения: если для алюминиевого листа характерно значение 0,09, то для красного кирпича – уже 0,9.
В статье использованы изображения: dewalt.ru, blackanddecker.ru, milwaukeetool.ru
Основы тепловидения: 10 шагов (с изображениями)
Если вы смотрели раньше, то, возможно, заметили, что тепловизионные камеры, даже модели с очень низким разрешением, очень дороги и часто стоят многие сотни, если не тысячи долларов. Почему крутая цена? Если они так полезны, почему они не дешевеют? Да, это так, но вот несколько причин, почему это сложно:
Производство
Использование и, следовательно, спрос на обычные камеры видимого спектра выше, а технологии, как и большинство микроэлектронных производств, основаны на старых добрых вещах. кремний.Большинство оптических технологий создания электроники предназначены для работы с кремниевыми процессами. Для тепловизионных матриц фокальной плоскости (FPA) требуются более экзотические материалы и они должны быть построены с использованием отдельного оборудования. Кроме того, эти экзотические компоненты не могут составлять остальную вспомогательную схему (обработка, управление питанием, память и т. Д.), Поэтому они связаны с более распространенной и легко изготавливаемой схемой на основе кремния для решения этих задач. + $
Калибровка
Из-за характера производственного процесса датчики для каждого пикселя реагируют неравномерно, поэтому для создания единой базы сигнала требуется дополнительная вычислительная мощность для каждого пикселя.При идентичном источнике теплового излучения даже два соседних датчика будут несовместимы в ответах, что означает, что сенсорный блок в целом необходимо откалибровать. Калибровку каждого датчика также можно выполнить на заводе, но это требует дополнительного времени и тестирования, поскольку каждый датчик будет уникальным. + $$
Защита
Как и в обычных камерах, для защиты и фокусировки света используются линзы и окна. Хотя создание видимых прозрачных линз является обычным делом и намного проще, такие линзы непрозрачны для ИК-спектра.Термопрозрачные материалы, как вы уже догадались, также сделаны из экзотических материалов, а это означает, что для обработки и производства линз требуется больше нестандартного оборудования небольшого объема. + $$$
Средне-инфракрасная фототермическая визуализация живых клеток и организмов с глубинным разрешением и субмикронным пространственным разрешением
Abstract
Химический контраст давно используется для визуализации биомолекул и материалов в сложных живых системах без меток. Хотя инфракрасная спектроскопия прошла долгий путь в этом направлении, до сих пор она применима только к высушенным тканям из-за сильного поглощения инфракрасного излучения водой.Он также страдает низким пространственным разрешением из-за больших длин волн и не имеет возможности оптического сечения. Мы преодолеваем эти ограничения, регистрируя фототермический эффект, вызванный вибрационным поглощением, с помощью видимого лазерного луча. Наш метод фототермической обработки в среднем инфракрасном диапазоне (MIP) достиг чувствительности обнаружения 10 мкм и субмикронного поперечного пространственного разрешения. Эти характеристики превысили дифракционный предел инфракрасной микроскопии и позволили получить трехмерное химическое изображение живых клеток и организмов без этикеток.Визуализировано распределение эндогенного липида и экзогенного препарата внутри отдельных клеток. Мы также продемонстрировали in vivo MIP-визуализацию липидов и белков у Caenorhabditis elegans . Сообщаемая технология визуализации MIP обещает широкое применение от мониторинга метаболической активности до картирования молекул лекарств в живых системах с высоким разрешением, которые недоступны современной инфракрасной микроскопии.
Ключевые слова- Визуализация без этикеток
- инфракрасная микроскопия
- инфракрасная спектроскопия
- визуализация живых клеток
- визуализация in vivo
ВВЕДЕНИЕ
Сегодня инфракрасная спектроскопическая визуализация имеет широкое применение, от характеристики материалов наследия до классификации рака ( 1 – 4 ).С момента публикации высококачественной спектральной базы данных Кобленца в 1905 году ( 5 ) технологические достижения, включая развитие инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR) ( 6 ), FTIR-изображения ( 7 ), матрица фокальной плоскости детектор ( 8 ) и новые источники света, такие как синхротрон ( 9 , 10 ) и квантово-каскадный лазер (QCL) ( 11 , 12 ), улучшили измерение поглощения инфракрасного излучения для каждого из них в пространстве. разрешенный пиксель.В частности, современные ККЛ позволяют получать изображения в инфракрасном диапазоне с дискретной частотой, в которых выявляются конкретные колебательные полосы для увеличения скорости визуализации, предлагая при этом достаточную химическую информацию ( 12 ). Несмотря на эти достижения, несколько фундаментальных ограничений инфракрасной микроскопии препятствуют ее применению в визуализации и диагностике in vivo. Во-первых, точное измерение поглощения в биологических образцах трудно достичь из-за неоднородности образца, где зависимость светорассеяния от длины волны также может вызвать значительные базовые артефакты ( 13 ).Во-вторых, инфракрасное изображение обеспечивает низкое пространственное разрешение, которое составляет от 4 до 7 мкм для области отпечатка пальца, из-за большой длины волны возбуждения и отсутствия объективов с высокой числовой апертурой (NA). Этого разрешения далеко не достаточно для внутриклеточной визуализации. В-третьих, инфракрасное изображение, выполняемое в режиме передачи, не имеет разрешающей способности по глубине. Наконец, сильное водопоглощение в инфракрасной области мешает его использованию для функционального анализа живых систем в водной среде.
Мы преодолеваем эти ограничения с помощью возбуждения колебаний средним инфракрасным светом и исследования поглощения видимым светом за счет использования эффекта теплового линзирования. В этой схеме фототермической обработки в среднем инфракрасном диапазоне (MIP) поглощение инфракрасного излучения в фокусе вызывает повышение температуры, которое локально изменяет показатель преломления, что, следовательно, влияет на распространение зондирующего луча. Это возмущение зондирующего луча эффективно обнаруживается с помощью геометрии темного поля. Наша схема MIP позволяет избежать вышеупомянутых проблем, возникающих при инфракрасном изображении.Во-первых, поскольку мы исследуем видимый луч на фиксированной длине волны, артефакт из-за зависящего от длины волны рассеяния инфракрасного луча устраняется. Во-вторых, пространственное разрешение в MIP-микроскопии определяется длиной волны зондирующего луча, которая намного короче, чем у среднего инфракрасного луча. В-третьих, MIP обеспечивает возможность трехмерного (3D) сечения за счет генерации нелинейного сигнала с помощью механизма «накачка-зонд», который недоступен для получения инфракрасных изображений на основе линейного поглощения.Наконец, водопоглощение видимого зондирующего луча незначительно, тогда как средний инфракрасный свет может проникать в воду на глубину до 100 мкм (глубина, 1 / e 2 ) на основе коэффициента поглощения в диапазоне от 1000 до 3000 см . −1 ( 14 ) с минимальной глубиной 16 мкм на пике изгиба −1 1645 см. Это проникновение позволит MIP-визуализацию живых клеток и мелких организмов, культивируемых в среде. Более того, слабая температурная зависимость показателя преломления воды при комнатной температуре ( 15 ) дополнительно снижает фоновый сигнал.
О первых экспериментах по фототермическому отклонению сообщалось в 1980-х и 1990-х годах ( 16 , 17 ). На основе электронного или плазмонного поглощения видимого света фототермическая микроскопия была продемонстрирована для визуализации митохондрий ( 18 ) и достигла чувствительности обнаружения отдельных наноматериалов ( 19 ) и отдельных молекул ( 20 ). Совсем недавно Furstenberg et al . ( 21 ) выполнили химическую визуализацию мелких кристаллов и полимерного покрытия на устройствах MEMS (микроэлектромеханические системы), используя фототермический микроскоп отраженного света с QCL.Mërtiri и др. . ( 22 ) продемонстрировали использование насоса среднего инфракрасного диапазона, фототермического зондового микроскопа ближнего инфракрасного диапазона с кремниевой линзой объектива и продемонстрировали визуализацию срезов высушенной ткани головного мозга птицы ( 23 ). Ли и др. . ( 24 ) продемонстрировали фототермическую визуализацию 1,1-мкм полистирольных шариков в воде, глицерине и CS 2 с использованием схемы встречного распространения. Тем временем были продемонстрированы передовые методы фототермической спектроскопии, в том числе нелинейное расщепление Жарова в однородных жидкокристаллических слоях 50 мкм ( 25 ) и асимптотический предел мощности зонда в контрасте сигнала к базовой линии ( 26 ).Несмотря на сходство в использовании схемы «насос-зонд», наш микроскоп MIP отличается различными технологическими достижениями (подробно описанными ниже), которые позволили получить невиданные ранее высокоэффективные химические изображения живых систем. Отметим, что косвенное измерение вибрационного поглощения привело к созданию инфракрасной наноскопии на основе атомно-силовой микроскопии, которая значительно улучшила пространственное разрешение ( 27 , 28 ). Тем не менее, этот метод ограничен характеристикой поверхности in vitro.Напротив, наш подход предлагает проникающую способность за счет оптического обнаружения фототермического эффекта с использованием видимого света. Здесь мы впервые сообщаем о фототермической визуализации молекул в живых клетках на основе инфракрасного поглощения и Caenorhabditis elegans с субмикронным пространственным разрешением и временем пребывания пикселей в микросекундном масштабе.
РЕЗУЛЬТАТЫ
Теоретически уровень сигнала MIP, измеренный как мощность модулированного зонда Δ P pr , можно описать как ( 29 ) (1) где σ обозначает сечение поглощения, N – числовая плотность, κ – теплопроводность, C p – теплоемкость, n – показатель преломления, T – температура, P pr – мощность зонда и P IR – инфракрасный источник питания.Согласно формуле. 1, сигнал MIP линейно пропорционален количественной плотности молекул и мощности каждого лазерного луча, что позволяет проводить количественные измерения. Кроме того, важно отметить, что вода имеет большую теплоемкость [4,18 Дж г -1 K -1 , по сравнению с трипальмитином (1,51 Дж г -1 K -1 ), триглицеридом. , при 281 K ( 30 )] и слабая температурная зависимость показателя преломления при комнатной температуре [ dn / dT = −1.04 × 10 -4 / K при 633 нм ( 15 )]. Таким образом, в отличие от прямых измерений поглощения в инфракрасной микроскопии, фон, вызванный нерезонансным поглощением воды, минимален в режиме MIP. Для измерения модуляции мощности зондирующего луча мы использовали фазочувствительное детектирование, в котором сигнал запуска, синхронизированный с импульсом QCL, использовался в качестве опорной фазы для синхронизирующего усилителя. Таким образом, частота модуляции – это просто частота повторения QCL.
По сравнению с электронным поглощением, индуцированным видимым лучом, относительно небольшое поперечное сечение инфракрасного поглощения и относительно большой фокусный объем инфракрасного луча затрудняют эффективное обнаружение эффекта теплового линзирования.Мы использовали два подхода к устранению этой трудности. Во-первых, мы использовали геометрию темного поля, чтобы максимизировать модуляцию интенсивности в зондирующем пучке (рис. 1, A и B). Во-вторых, мы разработали и изготовили резонансный усилитель с высоким коэффициентом Q (рис. S1), который избирательно усиливает сигнал MIP с частотой повторения QCL, сохраняя при этом низкий уровень электронного шума. Ранее мы продемонстрировали узкополосный усилитель через резонансную схему для микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния на частоте несколько мегагерц ( 31 ).Для визуализации MIP мы сначала измерили частотную зависимость сигнала MIP и шума лазера (рис. S2) и обнаружили, что отношение сигнал / шум увеличивается в сторону более низких частот. Чтобы обеспечить скорость визуализации, мы выбрали частоту 100 кГц для визуализации MIP, а также переработали и изготовили новый резонансный усилитель. Измеренная полоса пропускания составляет 1,44 кГц с коэффициентом Q 71,2 (рис. S1). Этот высокий коэффициент Q в сочетании с малошумящим усилителем позволил получить высококачественные спектроскопические изображения MIP.
Рис. 1 Принцип и схема построения изображения MIP.( A ) Распространение луча зонда через образец через темнопольный объектив (без учета масштаба; конденсатор не был установлен для простоты). ФД, фотодиод; ИК, инфракрасный. ( B ) Распространение зондирующего луча нарушается добавлением инфракрасного луча накачки из-за поглощения инфракрасного излучения и появления тепловой линзы. ( C ) Настройка. Импульсный луч накачки в среднем инфракрасном диапазоне обеспечивается ККЛ, а непрерывный пробный луч обеспечивается лазером видимого диапазона, оба из которых коллинеарно объединяются кремниевым дихроичным зеркалом (DM) и направляются в отражающий объектив.Остаточное отражение инфракрасного луча от дихроичного зеркала измеряется детектором на основе теллурида кадмия (MCT). Зондовый луч собирается конденсатором с регулируемой диафрагмой и направляется на кремниевый PD, подключенный к резонансному усилителю (RA). Вставка: фототермический сигнал избирательно усиливается RA и обнаруживается синхронным усилителем (LIA). Компьютер используется для управления и сбора данных. OAPM, внеосевое параболическое зеркало.
Схема нашего микроскопа МИП представлена на рис.1С (подробнее в разделе «Материалы и методы»). Источник лазера включает импульсный ККЛ для возбуждения в среднем инфракрасном диапазоне и лазер непрерывного действия на длине волны 785 нм для исследования фототермического эффекта. Два лазерных луча коллинеарно объединяются кремниевым дихроичным зеркалом и направляются в инвертированный микроскоп. Темнопольный светоотражающий объектив с золотым покрытием и числовой апертурой 0,65 обеспечивает широкополосную передачу возбуждающего луча от видимого до среднего инфракрасного диапазона. Конденсор с переменной апертурой и максимальной числовой апертурой 0.55 собирает зондирующие фотоны и направляет их на фотодиод. Фототермический сигнал, который появляется на частоте повторения импульсов ККЛ, отбирается резонансным усилителем с высоким коэффициентом Q и затем усиливается синхронизирующим усилителем. Мощность лазера в среднем инфракрасном диапазоне контролируется детектором теллурида кадмия и ртути через второй синхронный канал. Компьютер используется для синхронизации сбора данных, сканирования сцены и выбора длины волны QCL (рис. 1C, вставка).
Сначала мы исследовали спектральную точность сигналов MIP путем сравнения спектрального профиля MIP с эталонными спектрами, полученными с помощью FTIR-спектрометра с ослабленным полным отражением.Необработанные спектры MIP были нормализованы по мощности инфракрасного лазера для каждого волнового числа (подробности эксперимента на рис. S3). На рис. 2А сравниваются MIP- и FTIR-спектры полистирольной пленки и оливкового масла, которые использовались в качестве твердых и жидких образцов соответственно. Хорошая согласованность наблюдалась во всей области отпечатка пальца. Кроме того, чтобы подтвердить фототермическое происхождение сигнала, мы измерили зависимость интенсивности MIP от мощности лазера и обнаружили, что уровень сигнала является линейным в зависимости от мощности инфракрасного или зондирующего лазера (рис.S4), что согласуется с формулой. 1.
Рис. 2 Характеристики микроскопа МИП.( A ) Спектральная точность. Сравнение спектральных профилей MIP (красный) и FTIR (черный) полистирольной пленки (вверху) и оливкового масла (внизу). Спектры FTIR регистрировали с помощью FTIR-спектрометра с ослабленным полным отражением. Спектры смещены для ясности. Сигнал MIP был нормализован по мощности QCL, измеренной одновременно через тот же синхронный усилитель (см. Рис. S3). Обратите внимание, что единицей измерения для FTIR-спектров является процентное поглощение, а не обычное поглощение, так что оно пропорционально инфракрасной энергии, поглощаемой образцом.инт., интенсивность; абс., абсорбция; а.е., условные единицы. ( B ) Чувствительность. Сигнал MIP γ-валеролактона в сероуглероде при различных концентрациях. На вставке показана молекулярная структура. Предел обнаружения составляет 10 мкМ, когда стандартное отклонение равно разнице между раствором и растворителем. Постоянная времени синхронизирующего усилителя была установлена на 50 мс, а скорость спектрального сканирования была установлена на 50 мс · см -1 . ( C ) Пространственное разрешение. MIP-визуализация шарика из ПММА с длиной волны 500 нм.Профили интенсивности по горизонтали и вертикали нанесены внизу и справа от изображения. Измеренная FWHM составляет 0,63 и 0,61 мкм соответственно. Время задержки пикселя 5 мс.
Затем мы оценили чувствительность MIP-визуализации путем измерения колебания связи C = O 1775 см –1 небольшой молекулы γ-валеролактона в растворе сероуглерода (рис. 2B). Предел обнаружения по молярной концентрации составил 10 мкМ при мощности инфракрасного излучения 2 мВт и мощности зонда 10 мВт на образце.Эта чувствительность находится за пределами досягаемости современных вибрационных микроскопов на основе комбинационного рассеяния, широко используемых для визуализации без меток на внутриклеточном уровне. Для сравнения, предел обнаружения с помощью микроскопии вынужденного комбинационного рассеяния составил 200 мкМ для самой сильной полосы комбинационного рассеяния, образованной связями C≡C ( 32 ), что было достигнуто при 120 мВт для накачки и 130 мВт для стоксова. луч. Для получения изображений MIP следует отметить, что поглощение воды при изгибной вибрации ослабляет инфракрасный луч около 1645 см -1 .В качестве альтернативы, чтобы обойти эту трудность, можно использовать дейтерированную воду. Для аскорбиновой кислоты / D 2 O мы обнаружили, что чувствительность обнаружения на пике 1759 см -1 составляла 6,7 мМ при той же мощности лазера (рис. S5).
Чтобы определить пространственное разрешение МИП, мы визуализировали шарики полиметилметакрилата (ПММА) с длиной волны 500 нм на пике 1730 см -1 (рис. 2С). Измеренная полная ширина на полувысоте (FWHM) составила 0,63 мкм в направлении x и 0,61 мкм в направлении y .Для сравнения, дифракционный предел инфракрасного луча 1730 см -1 с тем же объективом с числовой апертурой (0,65) составляет 5,5 мкм, что является теоретически лучшим разрешением, достижимым для инфракрасного микроскопа. Девятикратное улучшение разрешения с помощью MIP-микроскопии дает возможность выявить субклеточные структуры в живых клетках, как показано ниже.
На основе приведенных выше характеристик мы исследовали потенциал MIP-микроскопии для визуализации живых клеток. Поскольку повышенный липогенез является известным маркером рака ( 33 ), мы выполнили MIP-визуализацию с глубинным разрешением липидных капель, хранящихся в клетках рака предстательной железы PC-3 (рис.3, от А до С; см. фильм S1). Профиль изображения липидной капли (рис. 3D) показывает 0,83 мкм FWHM, что указывает на субмикрометровое пространственное разрешение MIP для визуализации живых клеток. Инфракрасный лазер был настроен на колебательный пик связи C = O, длина которого составляет 1750 см, –1 , которой много в липидных каплях. Трехмерное представление показано на рис. 3E (см. Фильм S2), где видны отдельные капли. Измеренное разрешение по глубине составило 3,5 мкм в соответствии с профилем интенсивности по глубине самой маленькой липидной капли.В качестве контроля контраст МИП не наблюдался вне резонанса (1850 см -1 ) (фиг. 3F). Насколько нам известно, это первая демонстрация трехмерной визуализации живых клеток с использованием инфракрасной спектроскопии в качестве контраста.
Рис. 3 3D MIP-визуализация липидов в живых клетках.( A от до C ) MIP-визуализация клеток PC-3 с глубинным разрешением в диапазоне 1750 см −1 C = O в различных положениях Z . ( D ) Профиль линии, указанный в (A), показывает значение FWHM, равное 0.83 мкм маленькой липидной капельки. ( E ) Восстановленное трехмерное изображение той же клетки, показывающее отдельные липидные капли над телом клетки. ( F ) Нерезонансное изображение на 1850 см −1 , без контраста. Время задержки пикселя, 1 мс. Масштабные линейки, 20 мкм. Смотрите фильмы S1 и S2.
В качестве еще одного приложения для отдельных клеток мы выполнили мультиспектральную MIP-визуализацию для обнаружения молекул лекарств в живых раковых клетках. Обнаружено, что ингибитор моноацилглицерин липазы JZL184 эффективен в уменьшении миграции раковых клеток и роста опухолей ( 34 ), однако его внутриклеточная транспортировка и накопление остаются неизвестными.Инфракрасный спектр лекарственного средства показывает характерные пики при 1720 и 1480 см -1 (фиг. 4A, верхняя кривая). Чтобы картировать лекарство внутри клеток, мы обрабатывали клетки рака поджелудочной железы MIA PaCa-2 с помощью JZL184 в течение 24 часов, заменяли среду физиологическим раствором D 2 O и выполняли мультиспектральную MIP-визуализацию со следующими волновыми числами: 1380, 1400, 1480 , 1700, 1720, 1724, 1750, 1800 и 1850 см -1 (необработанная стопка, показанная на рис. S6). Для количественного анализа здесь применялось разрешение многомерной кривой (MCR) ( 35 , 36 ), ранее использовавшееся для разложения данных гиперспектрального стимулированного комбинационного рассеяния для извлечения как спектрального профиля, так и карты концентраций лекарственного средства и содержание липидов (рис.4, Б и В). Согласие наблюдается между выходными спектральными точками MCR и соответствующими FTIR-спектрами (рис. 4A). На карте JZL184 показано распределение, отличное от распределения на липидной карте, где лекарство накапливается в центре тела клетки, а липидные капли разбросаны вокруг. Этот результат, который является первым визуальным свидетельством накопления JZL184, дает представление о пространственно-временной динамике ингибирования липидов внутри раковых клеток.
Инжир.4 Мультиспектральная MIP-визуализация поглощения лекарств клетками.( A ) Инфракрасные спектры ингибитора липидов JZL184 (верхняя линия) и оливкового масла (нижняя линия). Квадраты указывают результаты MCR для содержания лекарства и липидов. Пунктирными линиями показаны характерные пики содержания лекарственного средства (синий) и липидов (оранжевый). На вставке показана молекулярная структура препарата. ( B и C ) Вывод MCR мультиспектральной MIP-визуализации клеток MIA PaCa-2, обработанных JZL184, для определения содержания лекарственного средства (B) и липидов (C).Время задержки пикселя 500 мкс. Масштабные линейки, 20 мкм. (Сырой стек можно найти на рис. S6.).
Наконец, мы исследовали потенциал нашего микроскопа MIP для визуализации in vivo биомолекул у C. elegans (рис. 5). Длину волны настраивали на полосу 1750 см -1 C = O (фиг. 5A) и полосу амида I I ( -1 см) 1655 см (фиг.5B). Липидные капли и белки видны на MIP-изображениях. Для проверки химического состава были получены точечные спектры липидной капли, тела червя и среды (рис.5, В – Д). Спектры капель показывают сильный пик 1750 см -1 , указывающий на высокое содержание C = O. И полоса амида I при 1655 см, –1 , и полоса воды O – H при 1645 см, –1 внесли свой вклад в Рис. 5B, тогда как интенсивность полосы амида I сильнее, чем у воды, что указывает на то, что вода не заслонял белковый сигнал. MIP-изображение C. elegans с разрешением по глубине (рис. S7) показало глубину проникновения до 80 мкм. Эти результаты в совокупности демонстрируют возможности MIP-микроскопии для получения инфракрасных спектроскопических изображений in vivo.
Рис. 5 In vivo MIP-визуализация липидов и белков у C. elegans .( A ) MIP-изображение тела червя по полосе липида C = O 1750 см –1 . 1, липидная капля. ( B ) MIP-визуализация той же области на полосе амида белка I размером 1655 см -1 . 2, тело червя; 3, средний. (От C до E ) Точечные спектры точек 1, 2 и 3, как указано в (A) и (B). Синяя и красная линии указывают длины волн, используемые в (A) и (B), соответственно.Время задержки пикселя 500 мкс. Шкала 200 мкм.
ОБСУЖДЕНИЕ
Возникающая область вибрационной спектроскопической визуализации in vivo ( 37 ), в которой в качестве сигнала используются молекулярные вибрационные отпечатки пальцев, открывает новые возможности для функционального анализа живых клеток и молекулярной диагностики заболеваний. Здесь мы продемонстрировали новую платформу для построения спектроскопических изображений, основанную на фототермическом обнаружении поглощения в средней инфракрасной области. Микромолярная чувствительность и субмикронное пространственное разрешение нашего микроскопа MIP позволяют получать изображения липидов, белков и молекул лекарств в живых клетках и / или организмах с разрешением по глубине.Существующая система легко расширяется до полного спектрального диапазона, используя множество наборов данных инфракрасных спектров, разработанных за последнее столетие. Эти функции обещают широкое применение, начиная от химического картирования органелл внутри отдельных живых клеток до обнаружения краев рака in situ с использованием свежих тканей. Благодаря превосходному пространственному разрешению наша платформа для визуализации MIP также обещает широкое применение в фармацевтических областях и исследованиях материалов.
Пространственное разрешение – важная составляющая фототермических изображений.Пространственное разрешение при визуализации наноструктур с помощью фототермических линз на основе электронного поглощения хорошо изучено ( 38 , 39 ). В этих случаях объем возбуждения и зонд аналогичны, и среда вносит вклад в большую часть или даже весь эффект линзирования. Баффу и др. . определен безразмерный параметр ξ = p 2 / ( PR ), где N частиц с диаметром R и средним расстоянием p распределены в диапазоне P .Когда ξ ≫ 1, повышение температуры ограничивается вокруг каждой частицы; следовательно, разрешение определяется фокусным размером зонда. Когда ξ ≪ 1, повышение температуры от каждой частицы начнет перекрываться, что приведет к разрешению, которое хуже, чем функция рассеяния точки зондирующего луча. В нашей схеме MIP объем инфракрасного возбуждения намного больше, чем объем видимого зонда. Между тем вода является доминирующей средой в живых клетках и тканях, а ее высокая теплоемкость и слабая температурная зависимость показателя преломления сводят к минимуму вклад среды в эффект теплового линзирования.Следовательно, пространственное разрешение нашего микроскопа MIP во многом зависит от фокусного размера зондирующего луча. Экспериментально, учитывая размер инфракрасного фокуса 5,5 мкм, липидные капли в клетках (рис. 3) и C. elegans (рис. 5) с ξ = 0,81 и 2,16, соответственно, могут быть хорошо разрешены на MIP-изображении. (рис. S8).
Наш метод дополняет недавно разработанную микроскопию когерентного комбинационного рассеяния ( 40 ), которая увеличивает скорость обычного рамановского изображения за счет когерентного усиления.Чувствительность обнаружения колебательной микроскопии на основе комбинационного рассеяния света в конечном итоге ограничена ее малым поперечным сечением, обычно 10 −30 см 2 / ср. Напротив, поглощение инфракрасного излучения (с типичным поперечным сечением на уровне 10 – 22 – см 2 / ср) выигрывает от фундаментального поперечного сечения более чем на восемь порядков больше и обеспечивает достаточный контраст для косвенных измерений, таких как наши изображения MIP. Более того, микроскопия MIP на основе инфракрасного поглощения очень чувствительна к колебательным модам (например, растяжение C = O), которые слабы в рамановской микроскопии.
Отметим, что все изображения MIP были записаны при очень низкой мощности лазера, ~ 2 мВт для инфракрасного луча и ~ 10 мВт для зондирующего луча, из-за ограничений лазерного источника. Таким образом, у нас есть много возможностей для улучшения уровня сигнала в будущем. Текущая скорость визуализации определялась нашим этапом сканирования образца, минимальное время пребывания которого составляло 200 мкс. Внедрение в будущем схемы лазерного сканирования позволит повысить скорость визуализации при времени пребывания пикселей в несколько микросекунд. С новыми инфракрасными лазерными источниками спектральное окно MIP-микроскопии может быть расширено до области высоких волновых чисел для валентных колебаний C≡N, C – D, C – H, N – H и O – H, а также для область малых волновых чисел для изгибных и межмолекулярных колебательных мод.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Микроскоп MIP
ККЛ со средней мощностью 2 мВт, работающий при частоте следования импульсов 102 кГц (Block Engineering, LaserTune LT2000), настраиваемый от 1345 до 1905 см −1 , был расширен с помощью пара внеосевых параболических зеркал и коллинеарно объединенные с непрерывным 785-нм пробным лазером (Thorlabs, LD785-SE400) с помощью дихроичного зеркала на основе кремния (Edmund Optics, # 68654). Объединенные пучки направляли в инвертированный микроскоп (Olympus, IX71).Для фокусировки использовалась отражающая линза объектива (52 ×; NA, 0,65; Edmund Optics, # 66589) с золотым покрытием. Для крепления образцов использовались покровные стекла из фторида кальция толщиной 0,5 или 1 мм. Зондовый лазер собирали через конденсор микроскопа с числовой апертурой 0,55 для прямого обнаружения с помощью кремниевого фотодиода (Hamamatsu, S3994-01). Стенд сканирования (Mad City Labs, Nano-Bio 2200) использовался для сканирования образца с максимальной скоростью 200 мкс на пиксель. Вся система визуализации продувалась сухим азотом для исключения поглощения водяного пара.
Фототок от кремниевого фотодиодного детектора направлялся в лабораторный резонансный усилитель, а затем в синхронизирующий усилитель (Zurich Instruments, HF2LI) для фазочувствительного детектирования для получения сигнала MIP. Детектор на основе теллурида кадмия на быстрых нейтронах (Vigo Inc., PVM-10.6) использовался для контроля мощности ККЛ через второй синхронный канал. Компьютер использовался для (i) управления настройкой длины волны QCL, (ii) управления движением и считывания положения пьезостадиона в реальном времени для сканирования образца и (iii) сбора спектроскопических данных и восстановления изображений.Многоканальная карта сбора данных (National Instruments, PCIe-6363) использовалась для сбора данных в реальном времени.
Оценка чувствительности детектирования
Два покровных стекла из фторида кальция (Eksma Optics, 530-6121) использовались для размещения двух боросиликатных капиллярных стеклянных трубок, выступающих в качестве входа и выхода потока. Пространство было ограничено дополнительным номером. 1 покрыть стёкла клеем на силиконовой основе. Все устройство было помещено под микроскоп MIP для теста на чувствительность со скоростью потока около 1 мл / мин с использованием ручного толкания.γ-Валеролактон (Sigma-Aldrich, W310301-1KG-K) использовали в качестве аналита и растворяли в сероуглероде. Концентрации γ-валеролактона определялись объемом, использованным для приготовления. Интенсивность МИП рассчитывалась на основе площади пика -1 1775 см после вычитания спектра растворителя.
Оценка пространственного разрешения
Гранулы ПММА (Phosphorex, # MMA500) с номинальным диаметром 500 нм наносили на поверхность покровного стекла из CaF 2 для получения изображений MIP.Время пребывания пикселя составляло 5 мс.
Визуализация живых клеток на микроскопе MIP
Клеточные линии PC-3 и MIA PaCa-2 культивировали на самодельных чашках Петри со стеклянным дном из фтористого кальция, которые автоклавировали перед посадкой. Перед визуализацией клетки PC-3 культивировали в течение 24 часов. Клетки MIA PaCa-2 обрабатывали JZL184 с конечной концентрацией 20 мкМ в течение 24 часов. Среду трижды промывали фосфатно-солевым буфером и заменяли 0,9% раствором NaCl / D 2 O для клеток MIA PaCa-2 перед визуализацией.Время пребывания пикселя составляло 1 мс для клеток PC-3 и 500 мкс для клеток MIA PaCa-2.
C. elegans , визуализация на микроскопе MIPLive C. elegans переносили с жидкой культуральной средой и смешивали с 200 мМ раствором азида натрия в соотношении смеси 1: 1 для анестезии. Затем червей переносили в чашку со стеклянным дном из фторида кальция для немедленной визуализации MIP. Время пребывания пикселя составляло 500 мкс.
FTIR-измерения
Все FTIR-спектры были измерены на FTIR-спектрометре с ослабленным полным отражением (Thermo Nicolet).Перед измерением спектрометр продували сухим азотом в течение 20 мин. Все данные были напрямую нормализованы с помощью внутренней коррекции базовой линии спектрометра.
Анализ изображений
Все изображения MIP были импортированы в ImageJ (Национальные институты здравоохранения) для анализа. Для визуализации бусинок профили интенсивности были нанесены в центре бусинки в горизонтальном и вертикальном направлениях. Подгонка по Гауссу была использована для определения FWHM валика. Для визуализации PC-3 Z-стек был взят с шагом 1 мкм и импортирован в средство трехмерного просмотра в ImageJ для трехмерной реконструкции.
Для мультиспектральной MIP-визуализации клеток MIA PaCa-2 мультиспектральные стеки были сохранены в формате TIFF и импортированы в MATLAB (MathWorks Inc.) с использованием самодельных кодов. Набор инструментов MCR-ALS (альтернативный метод наименьших квадратов) использовался для выполнения анализа MCR и экспорта карты концентраций вместе со спектром для каждого компонента в виде двух отдельных матриц. Затем матрица концентрации была повторно свернута и экспортирована как стек tif. Спектральная матрица была построена вместе со спектрами FTIR.
Для MIP-визуализации C.elegans были сделаны отдельные изображения размером 200 × 200 пикселей, а затем сшиты с помощью MosaicJ в ImageJ. Для визуальной ясности пустые области окончательно сшитых изображений были заполнены сгенерированными компьютером случайными числами с тем же средним значением и стандартным отклонением, что и пустые области в исходных изображениях.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Дополнительные материалы к этой статье доступны по адресу http://advances.sciencemag.org/cgi/content/full/2/9/e1600521/DC1
рис. S1. Резонансный усилитель для визуализации MIP.
рис. S2. Частотная зависимость MIP-сигнала, шума лазера и отношения сигнал / шум.
рис. S3. Обработка данных MIP.
рис. S4. Зависимость мощности сигнала MIP.
рис. S5. Измерение концентрации в D 2 О.
рис. S6. Стек мультиспектральных изображений MIP обработанных клеток MIA PaCa-2.
рис. S7. MIP-визуализация с глубинным разрешением живых C. elegans на 1750 см −1 .
рис. S8. Пространственное разрешение микроскопа МИП.
фильм S1. Стек с разрешением по глубине MIP-визуализации клетки PC-3.
фильм S2. Динамическая иллюстрация трехмерной реконструированной MIP-визуализации клетки PC-3.
Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями некоммерческой лицензии Creative Commons Attribution, которая разрешает использование, распространение и воспроизведение на любом носителе, при условии, что конечное использование составляет , а не для коммерческих целей и при условии, что оригинальная работа правильно цитируется.
ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ
- ↵
- ↵
- ↵
W.В. Кобленц, Исследования инфракрасных спектров (Институт Карнеги в Вашингтоне, 1905).
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
JM Chalmers, P. Griffiths, Eds., Handbook of Vibration Spectroscopy (John Wiley & Sons Ltd., 2006 г.).
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
Р. Фюрстенберг, К.A. Kendziora, MR Papantonakis, V. Nguyen, R. McGill, Химическая визуализация с использованием инфракрасной фототермической микроскопии, в Proceedings of SPIE Defense, Security, and Sensing, Балтимор, Мэриленд, 1 мая 2012 г.
A. Mërtiri, A. Totachawattana, H. Liu, MK Hong, T. Gardner, MY Sander, S. Erramilli, Фототермическое изображение мозга птицы в среднем ИК-диапазоне с помощью квантового каскадного лазера без этикеток, на конференции по лазерам и электрооптике (CLEO’14) , Сан-Хосе, Калифорния, 8–13 июня 2014 г.
- ↵
M.Ю. Сандер, Фототермическая визуализация в среднем инфракрасном диапазоне, в Frontiers in Optics 2015, Сан-Хосе, Калифорния, 18–22 октября 2015 г.
- ↵
З. Ли, М. Куно, Г. Хартленд, Получение изображений сверхвысокого разрешения со средним разрешением. – ИК-фототермическая микроскопия на уровне отдельных частиц, в Proceedings of SPIE Physical Chemistry of Interfaces and Nanomaterials XIV, Сан-Диего, Калифорния, 20 августа 2015 г.
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
RA Meyers , Энциклопедия аналитической химии: приложения, теория и приборы (Wiley, 2000).
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
- ↵
Благодарности: Мы благодарим HJ Lee за помощь в подготовке ячейки и Ю. Цао и П. Ван за продуктивные обсуждения. Финансирование: Эта работа была поддержана грантом Фонда Кека компании J.-X.C. Вклад авторов: J.-X.C. и Д.З. задумал и спланировал эксперименты; Д.З. построил платформу обработки изображений и написал программу для сканирования изображений и сбора данных. D.Z., C.L. и C.Z. провели эксперименты; M.N.S. предоставили предложения и конструктивные обсуждения; Д.З. и К. проанализировали данные; G.E., C.Z. и M.N.S. предоставленные материалы и инструменты анализа; и Д.З. и J.-X.C. автор статьи. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные, необходимые для оценки выводов в статье, представлены в документе и / или дополнительных материалах.Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.
- Авторские права © 2016, Авторы
Произошла ошибка при настройке вашего пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
Фототермическая визуализация – Группа молекулярной нанофотоники
Фототермическая микроскопия
Нефлуоресцентные объекты трудно обнаружить оптически, если их размер значительно меньше длины оптической волны, а сечения рассеяния малы. Однако, если они поглощают свет, который затем преобразуется в тепло, могут быть обнаружены изменения показателя преломления в окружающей среде, в которой находятся поглощающие частицы. Этот тип спектроскопии называется фототермической спектроскопией и позволяет получить доступ к нефлуоресцентным нанообъектам даже в фундаментальных пределах одного квантового объекта.
Группа исследует несколько различных подтем, имеющих фундаментальное значение или как прямое применение фототермической микроскопии.
Подробно по темам
- Горячее броуновское движение
- Рассеяние света нагретыми наночастицами
- Двухфокусная фототермическая корреляционная спектроскопия
- Моделирование и описание сигнала PT
представляют особый интерес для группы.
Теория фототермического обнаружения
Лазер с резонансным нагревом (для AuNP: 532 нм, поверхностный плазмонный резонанс) с длиной волны, которая поглощается исследуемым веществом, а также нерезонансный второй зондирующий лазер (обычно длинноволновый, т.е.е. 635 нм) сфокусированы на один и тот же образец. Нагревающий лазер модулируется с высокой частотой около 200 кГц, в то время как мощность зондирующего лазера, передаваемая через образец и собранная выше, демодулируется на той же частоте. Мощность, поглощаемая НЧ и обеспечиваемая нагревательным лазером, почти мгновенно создает температурный профиль вокруг частицы (см. Изображение, красная кривая). Поскольку показатель преломления материала заливки (вода, плазма клеток, полимер) зависит от температуры, тем самым создается соответствующий профиль показателя преломления (синяя кривая).Градиент показателя преломления, создаваемый таким образом с частотой нагревающего лазера, составляет тепловую (расходящуюся) линзу. Эта линза влияет на распространение зондирующего лазера и приводит к модулированной передаваемой мощности, которая регистрируется фотодиодом. Демодуляция и нормализация по мощности детектируемого фона дает отн. фототермический сигнал. Принцип фототермического обнаружения также можно визуализировать с помощью имитатора сигналов PT на нашей странице программного обеспечения.
Типичная экспериментальная установка для РТ микроскопии очень похожа на обычный конфокальный микроскоп.Один объектив микроскопа фокусирует лазерные лучи на образец, а второй собирает прошедшие лучи позади образца (см. Изображение ниже). Затем проходящий свет отделяется с помощью дихроичного зеркала, и образец можно сканировать с помощью пьезосканера, на котором он установлен. Типичные значения интенсивности для таких сканирований частиц показаны на изображении (красный и зеленый).
Также отображается соответствующий сигнал PT (красно-синее изображение). Теория наблюдаемых шаблонов, подобных шахматной доске, расширяет обобщенную теорию Лоренца Ми (GLMT) и разрабатывалась в течение последних 2 лет, чтобы полностью соответствовать наблюдениям (см. Опубликованные статьи).Теория Ми – это структура взаимодействия света с частицами (сферической формы), которая предсказывает радуги и гало.
Мы адаптировали теорию Ми 100-летней давности для этого совершенно особого вида взаимодействия легких частиц путем расширения уже обобщенной теории Ми (которая была адаптирована Г. Гуэсбетом и др. Для непланарного взаимодействия). волны) в области конечных углов собрания. Это важное расширение затем позволяет вычислить собранную передаваемую мощность после взаимодействия свет – частица / градиент показателя преломления.Градиент показателя преломления (горячая среда) вокруг частицы был включен дискретизацией в мелкослойную сферу с помощью общедоступного c-кода scatnlay.
Макроскопический эксперимент с металлической сферой, встроенной по центру в прозрачный куб из смолы, хорошо иллюстрирует тепловую линзу: когда металлическая сфера нагревается зеленым лазерным лучом мощностью 1 Вт, изображение, полученное сверху, демонстрирует характерное линзовидное искажение. Анимация показывает замедленную съемку эффекта (воспроизводится в обратном порядке), пока сфера и образец остывают.
Горячее броуновское движение
Броуновское движение – это случайное движение отдельных частиц или молекул, взвешенных в растворителе. Движение вызывается тепловыми колебаниями растворителя и затухает за счет сил вязкости. Эйнштейн суммировал эти два вклада в хорошо известной теореме флуктуационной диссипации, связывающей коэффициент диффузии с температурой и вязкостью растворителя.
Однако значение температуры и вязкости больше не очевидно, если частица нагревается и движется в соответствии с профилем температуры и вязкости.Группа изучает это так называемое «горячее броуновское движение» с помощью фототермической корреляционной спектроскопии (см. Изображение: показана траектория AuNP через разделенный объем обнаружения TwinPhoCS).
Рассеяние света нагретыми наночастицами
Фототермическая микроскопия включает в себя рассеяние света на непрерывном градиенте показателя преломления, возникающем вокруг нагретого нанообъекта. Мы изучаем экспериментально и теоретически рассеяние света отдельными металлическими наночастицами.Теоретическое рассмотрение включает комплексное обобщенное рассеяние Ми сферических градиентов показателя преломления и металлических наночастиц в сфокусированных аберрированных лазерных лучах. См. Статью «Фототермическая микроскопия одиночных частиц: обнаружение нанолинз».
Двухфокусная фототермическая корреляционная спектроскопия
Одним из прямых результатов строгого теоретического рассмотрения рассеяния света от градиента показателя преломления, создаваемого наночастицей, является то, что градиент показателя преломления ведет себя как нанолинза.Таким образом, фокусировка зондирующего лазера на эту расходящуюся нанолинзу приводит либо к увеличению, либо к уменьшению фототермического сигнала в зависимости от того, находится ли фокус детектирующего лазера спереди или сзади нанолинзы.
Разделяет фокус обнаружения на две четко разделенные области. Это позволяет регистрировать очень слабое осевое движение наночастиц с помощью фототермической корреляционной функции. Эта высокая чувствительность к осевым смещениям исследуется в биофизических приложениях.
Тепловизионное изображение – обзор
Тепловизионное изображение
Тепловизионное изображение – очень мощный метод дистанционного зондирования по ряду причин, особенно когда он используется для разъяснения полевых исследований, касающихся экологии животных. Данные тепловизионного изображения собираются со скоростью света в реальном времени с самых разных платформ, включая наземные, водные и воздушные транспортные средства. Он превосходит технологии визуализации в видимом диапазоне, поскольку тепловое излучение может проникать через дым, аэрозоли, пыль и туман более эффективно, чем видимое излучение, поэтому животных можно обнаруживать в широком диапазоне обычно опасных атмосферных условий.Это полностью пассивный метод, позволяющий получать изображения как в дневное, так и в ночное время. Это сводит к минимуму нарушения и стрессовые воздействия на дикую природу во время сбора данных. Он способен обнаруживать животных, которые более холодные, теплые или такие же, как их фоновая температура, потому что он сравнивает не температуру, а, скорее, коэффициент излучения животного по сравнению с его фоном.
Хотя в этой книге основное внимание уделяется учету и наблюдению за дикой природой, существуют и другие очень важные приложения, в которых дистанционное зондирование с помощью тепловизора может быть полезно.Например, использование тепловизоров при аэрофотосъемке ландшафта для целей картирования может предоставить некоторые уникальные возможности, которые нельзя получить никаким другим способом. Начиная с высоты и на скорости самолета нет принципиальных проблем в достижении разрешающей способности земли вплоть до долей метра (Stewart, 1988). Основное преимущество тепловизионных изображений перед видимой аэрофотосъемкой заключается в том, что они чувствуют тепло. Например, можно нанести на карту типы почвы, поглощающие разное количество солнечной радиации, а также эффекты затенения на северных / южных склонах холмистой или гористой местности.Затенение также можно использовать для картирования характеристик сухих смывов, опушек леса, линий заборов, сельскохозяйственных полей, дренажных канав, изменений влажности почвы и испарения и даже для определения направления ветра во многих случаях (см. Рисунок 1.2, Глава 1).
Интересно отметить, что Quattrochi и Luvall (1999) указывают на аналогичное нежелание ученых, занимающихся дистанционным зондированием, использовать мощные ресурсы, предлагаемые тепловизионными изображениями, как и мы, ученые, занимающиеся изучением и мониторингом популяций диких животных. .Хотя в профессиональной литературе появилось множество статей, в которых данные теплового инфракрасного излучения (TIR) использовались для изучения конкретных аспектов процессов, связанных с ландшафтом (например, эвапотранспирации), прямое применение данных TIR для оценки ландшафтных процессов и структур внутри отсутствует ландшафтно-экологическая экспертиза. Они утверждают, что использование данных МДП от бортовых и спутниковых датчиков может быть очень полезным для параметризации условий поверхностной влажности и разработки более качественных моделей обмена энергией ландшафта в различных условиях и в пространственных и временных масштабах.Они постулируют, что данные дистанционного зондирования МДП могут значительно способствовать наблюдению, измерению и анализу характеристик энергетического баланса (т. Е. Потоков и перераспределения тепловой энергии внутри и по поверхности земли) как неявного и важного аспекта динамики ландшафта и ландшафта. функция.
Отсутствие энтузиазма в отношении использования данных дистанционного зондирования МДП для ландшафтных экологических исследований объясняется тремя основными причинами. Во-первых, данные TIR мало понятны как с теоретической, так и с практической точки зрения в ландшафтном экологическом сообществе.Во-вторых, данные МДП воспринимаются как труднодоступные и труднодоступные для тех исследователей, которые не знакомы с характеристиками и атрибутами этих данных для применения в ландшафтных экологических исследованиях. Наконец, пространственное разрешение данных МДП, в первую очередь со спутников, рассматривается как слишком грубое для ландшафтно-экологических приложений (например, данные Landsat Thermatic Mapper с пространственным разрешением 120 м), и калибровка этих данных для получения измерений потоков тепловой энергии ландшафта затруднена. рассматривается как проблемный.Интересно, что эти причины очень похожи на причины, приведенные в предисловии к этой книге для ограниченного использования тепловизоров учеными, занимающимися дикой природой. Quattrochi и Luvall (1999) предложили способы преодоления этих заблуждений относительно использования данных дистанционного зондирования TIR в ландшафтных экологических исследованиях, предоставив подтверждающие данные из выборки работ, в которых данные дистанционного зондирования TIR использовались для анализа характеристик ландшафта.
Тепловизионная технология (см. Главу 7), разработанная военными, теперь доступна у ряда коммерческих поставщиков по разумной цене.Например, сейчас доступны тепловизионные системы, как портативные, так и бортовые, с чувствительностью более чем на порядок лучше, чем устройства, использовавшиеся в ранних экспериментах, посвященных исследованиям крупных млекопитающих (Croon et al., 1968; Parker and Дрисколл, 1972). Технология тепловидения обеспечивает метод получения полного подсчета животных с небольшим риском поведенческой ошибки или систематической ошибки выборки. В главе 10 представлен обширный обзор прошлых тепловизионных исследований, проведенных в полевых и лабораторных условиях для ряда различных приложений.
Тепловизионные системы (инфракрасные термографические системы / тепловизионные камеры)
Как обсуждается ниже, научные исследования подтверждают, что некоторые телетермографические системы, также известные как тепловизионные системы, могут использоваться для измерения температуры поверхности кожи. Эти системы включают инфракрасную тепловизионную камеру и могут иметь эталонный источник температуры.В этом документе они называются тепловизионными системами.
В тепловизионных системах и бесконтактных инфракрасных термометрах (NCIT) для измерения температуры используются различные виды инфракрасных технологий. Для получения информации о NCIT, пожалуйста, обратитесь к информационному бюллетеню о бесконтактных инфракрасных термометрах.
Тепловизионные системы и COVID-19
- При правильном использовании тепловизионные системы обычно могут точно измерять температуру поверхности кожи человека, не находясь физически близко к обследуемому.Системы тепловидения предлагают определенные преимущества, поскольку для других методов требуется более близкое расположение или контакт для измерения температуры (например, бесконтактные инфракрасные термометры или оральные термометры).
- Скрининг на основе температуры, например тепловидение, неэффективен для определения того, действительно ли кто-то болен COVID-19, потому что, среди прочего, у человека с COVID-19 может не быть лихорадки. Необходимо провести диагностический тест, чтобы определить, есть ли у кого-то COVID-19.
- Тепловизионные системы не показали свою точность при одновременном измерении температуры несколькими людьми.Точность этих систем зависит от тщательной настройки и эксплуатации, а также от надлежащей подготовки оцениваемого человека.
- Тепловизионные системы использовались в нескольких странах во время эпидемий, хотя информация об их эффективности в рамках усилий по сокращению распространения болезни была неоднозначной.
- FDA выпустило Руководство по обеспечению соблюдения требований к телетермографическим системам во время коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) в чрезвычайных ситуациях в области общественного здравоохранения, чтобы помочь расширить доступность тепловизионных систем и уменьшить нехватку термометров во время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения.В руководстве изложена политика правоприменения, которая предназначена для применения ко всем тепловизионным системам, предназначенным для медицинских целей на время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, связанной с COVID-19, и представлены рекомендации относительно производительности и маркировки таких систем.
Рисунок 1 демонстрирует правильную настройку тепловизора для обработки отдельных людей в общественной зоне.
Преимущества тепловизионных систем
- Человек, работающий с тепловизионной системой, не обязан физически находиться рядом с обследуемым.Фактически, человек, который работает с тепловизионной системой, может находиться в другом месте или в другом помещении.
- Тепловизионная система может измерять температуру поверхности кожи быстрее, чем обычный лобный или оральный (ротовой) термометр, который требует близкого расстояния или физического контакта с обследуемым человеком.
- Научные исследования показывают, что при правильном использовании тепловизионные системы обычно точно измеряют температуру поверхности кожи.
Ограничения тепловизионных систем
- Хотя эти системы могут использоваться для первоначальной оценки температуры для сортировки людей в зонах с высокой пропускной способностью (например, в аэропортах, на предприятиях и на спортивных мероприятиях), эффективность систем при измерении температуры нескольких человек не доказана. в то же время.Их не следует использовать для «массового температурного скрининга».
- Эти системы измеряют температуру поверхности кожи, которая обычно ниже, чем температура, измеренная орально. Для корректировки этой разницы в измерениях необходимо правильно отрегулировать тепловизионные системы.
- Эти системы работают эффективно только при соблюдении всех следующих условий:
- Системы используются в правильной среде или в правильном месте.
- Системы настроены и работают правильно.
- Оцениваемый подготовлен в соответствии с инструкциями.
- Лицо, работающее с тепловизионной системой, должно быть обучено.
Правильное использование тепловизионных систем
Лицо, работающее с системой, должно следовать всем инструкциям производителя, чтобы убедиться, что система правильно настроена и расположена там, где она может точно измерять температуру поверхности кожи.
Лицо, работающее с системой, должно быть обучено должным образом подготовить как место, где будет использоваться система, так и лицо, подлежащее оценке, для повышения точности.Для получения дополнительной информации см. Стандарты и научные статьи, перечисленные в разделе «Ссылки» ниже.
Подготовка зоны, где вы будете использовать тепловизионную систему
- Температура в помещении должна составлять 68–76 ° F (20–24 ° C), а относительная влажность 10–50 процентов.
- Попробуйте контролировать другие элементы, которые могут повлиять на измерение температуры:
- Избегайте отражающего фона (например, стекла, зеркал, металлических поверхностей), чтобы минимизировать отраженное инфракрасное излучение.
- Использовать в помещении без сквозняков (движения воздуха), вдали от прямых солнечных лучей и источников тепла (например, переносные обогреватели, электрические источники).
- Избегайте сильного освещения (например, ламп накаливания, галогенных и кварцево-вольфрамовых галогенных ламп).
Рисунок 2 демонстрирует правильную настройку тепловизионного помещения.
Подготовка тепловизионной системы
- Некоторые системы требуют использования откалиброванного черного тела (инструмента для проверки калибровки инфракрасного датчика температуры) во время оценки, чтобы гарантировать точность измерений. Ознакомьтесь с инструкциями производителя, чтобы определить, требуется ли откалиброванное черное тело.Некоторым устройствам он не требуется.
- Включите всю систему за 30 минут до использования, чтобы прогреть ее.
Подготовка обследуемого
Лицо, работающее с системой, должно убедиться, что человек оценивается:
- Перед измерением не должно быть никаких препятствий на лице, таких как шляпа, шарф, очки или маска для лица. Волосы человека следует убрать с лица, а лицо должно быть чистым и сухим. Во время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, связанной с COVID-19, FDA считает, что преимущества ношения маски для рта и носа при использовании тепловизионных систем перевешивают любой потенциальный риск неточных измерений.
- Не имеет повышенной или пониженной температуры лица из-за чрезмерного ношения одежды или головных уборов (например, повязок на голову, банданы) или использования средств для чистки лица (например, косметических салфеток).
- Прождал не менее 15 минут в измерительной комнате или 30 минут после физических упражнений, интенсивной физической активности, купания или использования горячих или холодных компрессов на лицо.
Рисунок 3 демонстрирует правильную настройку тепловизора для обработки отдельных людей с использованием откалиброванного фона черного тела.
Использование тепловизионной системы
- Измеряйте температуру поверхности кожи только одного человека за раз.
- Расположите человека на фиксированном расстоянии (следуйте инструкциям производителя по использованию) от тепловизионной системы, прямо лицом к камере.
- Область изображения должна включать все лицо человека и откалиброванное черное тело, если оно используется.
- Если с помощью тепловизора выявляется повышенная температура, следует использовать другой метод, чтобы подтвердить лихорадку.Представители общественного здравоохранения могут помочь вам определить, является ли жар признаком инфекции.
Вопросы об использовании тепловизионных систем во время COVID-19
В: Эффективны ли тепловизионные системы для проверки людей на лихорадку в таких местах, как дома престарелых, аэропорты и отделения неотложной помощи больниц?
A: При использовании тепловизионной системы важно оценить, будет ли система обеспечивать желаемые результаты в областях с высокой пропускной способностью. Мы понимаем, что эти устройства используются для первоначальной оценки температуры и сортировки людей при повышенных температурах в медицинской и немедицинской среде.Их не следует использовать для измерения температуры множества людей одновременно в местах массового скопления людей, другими словами, не рекомендуется «массовый температурный скрининг».
В зависимости от того, где будет использоваться система, могут быть более подходящие методы для первоначальной оценки и сортировки людей, особенно если существует риск того, что инфицированные люди не будут идентифицированы сразу. Например:
- В доме престарелых неточное измерение температуры или пропущенный заразный человек без температуры может распространить инфекцию среди жителей дома престарелых.Таким образом, в этом случае другие варианты оценки и соблюдение правил инфекционного контроля могут быть более эффективными.
- В аэропортах, на рабочих местах, в продуктовых магазинах, на концертных площадках или в других местах, где вы пытаетесь проверять большие группы людей для массового температурного скрининга, диагностическое тестирование может быть слишком сложным из-за времени и затрат, необходимых для проверки и получения результатов. Эти системы, вероятно, пропустят большинство заразных людей с COVID-19. Тепловизионные системы можно рассматривать как один из методов начальной оценки температуры в таких условиях, когда они используются как часть более широкого подхода к управлению рисками.
- В отделении неотложной помощи больницы тепловизионная система может помочь быстро оценить температуру и отсортировать пациентов, чтобы определить, кому требуется дополнительное обследование или изоляция.
В: Эффективны ли тепловизионные системы как единственное средство диагностики COVID-19?
A: Нет. Повышение температуры тела или повышение температуры тела – это только один из возможных симптомов инфекции COVID-19. Как правило, тепловизионные системы точно определяют высокую температуру тела при правильном использовании. Они не обнаруживают никаких других симптомов инфекции, и многие люди с COVID-19 могут быть заразными без температуры.Кроме того, высокая температура тела не обязательно означает, что у человека инфекция COVID-19.
Все лихорадки, измеряемые тепловизионными системами, следует подтверждать другим методом и, при необходимости, проводить дополнительные диагностические исследования других симптомов.
В: Как тепловизионные системы могут помочь в борьбе с COVID-19?
A: Чтобы помочь решить неотложные проблемы общественного здравоохранения, вызванные нехваткой продуктов для измерения температуры, и расширить доступность телетермографических систем, используемых для определения начальной температуры тела для сортировки во время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, связанной с COVID-19, FDA применяет регулирующую гибкость для определенных телетермографических систем. системы, как указано в его политике принуждения.
Когда высокая температура тела определяется с помощью тепловизора, необходимо провести дополнительную оценку (например, оценка врача или собеседование, лабораторные исследования и наблюдение за пациентом).
В: Считаются ли тепловизионные системы, используемые для оценки температуры тела, медицинскими приборами?
A: Как указано в политике соблюдения, телетермографические системы – это устройства, когда они предназначены для медицинских целей. Чтобы определить, предназначены ли эти продукты для медицинских целей, FDA рассмотрит:
- Они промаркированы или иным образом предназначены для использования медицинскими работниками;
- Они маркированы или иным образом предназначены для использования в медицинском учреждении или в окружающей среде; и
- Они помечены для использования по назначению, которое соответствует определению устройства, например, для измерения температуры тела в диагностических целях, в том числе в немедицинской среде.
Q: Чем тепловизионная система отличается от термометра?
A: И тепловизионные системы, и бесконтактные инфракрасные термометры (NCIT) могут измерять температуру поверхности бесконтактно. NCIT измеряет температуру поверхности в одном месте, тогда как тепловизионная система может измерять разницу температур в нескольких местах, создавая относительную температурную карту области тела. Политика правоприменения в руководстве применяется к использованию тепловизионных систем для определения начальных измерений температуры тела.
Существует отдельная правоприменительная политика, которая применяется к определенным NCIT и другим клиническим электронным термометрам: Правовая политика для клинических электронных термометров во время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, связанной с коронавирусом 2019 (COVID-19).
Список литературы
Обратите внимание: эта информация применима к тепловизионным системам, предназначенным для медицинских целей. Это означает, что система предназначена для использования при диагностике заболевания или других состояний, или для лечения, смягчения, лечения или предотвращения заболевания и, следовательно, соответствует определению «устройства», изложенному в Разделе 201 (h) Федеральный закон о пищевых продуктах, лекарствах и косметических средствах.
Для получения дополнительной информации о политике FDA в отношении этих устройств, а также о рекомендациях по их конструкции, маркировке и использованию во время чрезвычайной ситуации в области общественного здравоохранения, связанной с COVID-19, просмотрите следующее:
Политика правоприменения для телетермографических систем во время коронавирусной болезни 2019 (COVID-19) Чрезвычайная ситуация в области общественного здравоохранения: руководство для сотрудников промышленности и Управления по контролю за продуктами и лекарствами
Дополнительную информацию об этих устройствах можно найти по телефону:
IEC 80601-2-59: Медицинское электрическое оборудование. Часть 2-59: Особые требования к базовой безопасности и основным характеристикам скрининговых термограмм для определения лихорадочной температуры человека.2017, Международная электротехническая комиссия и Международная организация по стандартизации.
ISO / TR 13154: Медицинское электрическое оборудование – Развертывание, внедрение и эксплуатационные рекомендации для выявления людей с лихорадкой с помощью скринингового термографа. 2017, Международная организация по стандартизации.
Ghassemi, P., et al. (2018). «Лучшие методы стандартизированного тестирования производительности инфракрасных термографов, предназначенных для проверки на лихорадку». PLoS ONE 13 (9): e0203302.
Тепловизор для диагностики зданий
Тепловидение для диагностики зданий
Фото 1. Тепловизор на смартфоне.
Вы когда-нибудь мечтали о том, чтобы заглядывать в свои стены? Хотите узнать, где у вас потери энергии? Хотя они не предлагают рентгеновское зрение уровня Супермена, современные тепловизионные камеры могут помочь строителям, специалистам по ремонту и специалистам в области энергетики выявлять многие строительные дефекты и другие домашние проблемы, вызывающие потери энергии.Обнаружение утечек энергии во время строительства позволяет строителям устранять эти недостатки на раннем этапе, когда их устранение обходится дешевле. Представьте себе, насколько эффективнее могли бы быть строители, если бы они обнаружили значительную утечку воздуха в изоляции конструкции до того, как будет установлена стеновая плита.
Несмотря на то, что тепловизионные камеры были доступны уже много лет, они были непомерно высокими для большинства предприятий, а их цена часто превышала 10 000 долларов. В результате использование тепловизионных камер в основном ограничивалось энергоаудиторскими или консалтинговыми фирмами.
Однако в настоящее время тепловизионные камеры широко доступны, и всего за несколько сотен долларов строители и дизайнеры могут приобрести тепловизионную камеру, которая стыкуется с телефоном или планшетом, для проверки и проверки качества и производительности здания во время строительства. Эти небольшие недорогие камеры позволяют строительным бригадам быстро проверять свою работу, не дожидаясь прибытия на место инженера или инспектора.
Фото 2: Слева: Внутренний снимок внешней двери, на котором видны более холодные участки по периметру.Справа: та же дверь снаружи. Обратите внимание, что цветовая шкала сместилась, поскольку периметр теперь относительно теплее, чем окружающая область.
Фото 3: Электрическое лучистое тепло под керамическим полом.
Работа камеры основана на представлении цветовой шкалы, показывающей относительную разницу температур: красный или белый – самые теплые, а синий или фиолетовый – как самые холодные. (Программное обеспечение камеры позволяет пользователям настраивать цветовую схему.) Камера очень чувствительна и обнаруживает разницу всего в несколько градусов.
Тепловизионные камеры известны своей способностью обнаруживать утечки энергии в домах. На фото 2 изображена дверь с плохо работающей уплотнительной прокладкой.
Хотя обнаружение утечек энергии важно, определение качества конструкции или производительности может быть более ценным применением для тепловизионных камер. Во время строительства тепловизионные камеры позволяют строителям проверять энергоэффективность на этапе, когда легче всего внести исправления.На фото 3 показана система лучистого отопления под керамическим полом (квадрат в левом верхнем углу фотографии – это небольшой коврик). Поскольку ремонт излучающей системы после укладки пола является довольно дорогостоящим, контакторы могут использовать тепловизионную камеру, чтобы убедиться, что система подключена и работает до того, как пол будет установлен.
Фото 4: Офисная кофеварка, раздающая свое добро.
Фото 5: Стена с углами теплопотерь, стойками и внешним выходом.
Фото 6: Крупным планом – водопроводный коллектор и трубопровод при использовании горячей воды.
Тепловизионные изображения также могут помочь определить утечки воды и некоторые электрические проблемы. Влажные участки стены с протечкой воды будут демонстрировать большую потерю тепла, потому что вода лучше проводит тепло. Тепловизионные камеры часто используются для определения более горячих розеток, чем другие, из-за перегрузки цепей, повреждений или ослабления проводки.
Тепловизор также покажет, что находится за стенами.На фото 5 можно увидеть стойки, потому что древесина, имеющая более низкий коэффициент сопротивления теплопередаче, чем стены с изоляцией из аэрозольной пены, служит «тепловым мостом» для теплового потока. Свидетельство этого перемычки наиболее отчетливо видно в углу (слева). В правом нижнем углу также видно выходное отверстие снаружи стены.
На фото 6 показана установка водопровода с использованием труб из сшитого полиэтилена и коллекторной системы. Камера позволяет строителю легко идентифицировать и маркировать линии горячей воды.
Фото 7: Переключатель света, показывающий изменения температуры во время работы.
Фото 8: Слева: Дверь показывает потерю энергии через неизолированный почтовый ящик. Справа: прорезь для почты после изоляции. Обратите внимание на утечку воздуха в нижней части дверцы.
В левой части фото 8 прорезь для почты в двери показывает значительную потерю энергии. Чтобы устранить эту потерю, прорезь была заполнена пенопластовой изоляцией, чтобы предотвратить поток воздуха.(В доме есть отдельный почтовый ящик.) Правая часть фото 8 показывает дверь после изоляции почтового ящика. Нижняя часть двери все еще нуждается в уплотнении, чтобы устранить утечку воздуха под дверью. Обе фотографии были сделаны из дома.
Фото 9: Слева: тепловизионные камеры не только улучшают процесс строительства, но и удобны в использовании. Здесь следы показывают, где босые ноги согрели этот деревянный пол. Справа: горячая вода выбрасывается из гейзера Old Faithful в Йеллоустонском национальном парке.
Низкая стоимость тепловизора позволяет строителям определить необходимые работы, а затем продемонстрировать их успешное завершение, что повысит качество работы и проинформирует заказчика.