В конце XVIII века физик Уильям Гершель, изучая с помощью призмы спектр Солнца, обнаружил невидимое излучение, способное нагреть термометр. В спектральной картинке, составленной на то время, оно фиксировалось за красным краем, и оттого было названо инфракрасным. Дальнейшие исследования установили, что свет не является однородным и состоит из инфракрасной (тепловой или окислительной) составляющей, видимой области и ультрафиолетового (актинического) излучения. По мере развития атомарной физики, ученые доказали, что частоты колебаний и вращений атомов и отдельных их групп в молекулах лежат в инфракрасной области. В дальнейшем стало ясно, что по инфракрасному спектру поглощения (особенно, по его коротковолновому участку) можно судить о составе и структуре молекул вещества, являющего предметом изучения. Вскоре на смену академическим исследованиям пришли инженерные разработки, воплощенные в целую серию методов и приборов неразрушающего контроля и диагностики – в биологии, медицине, химии и, конечно же, в технике.
Современные нано- и компьютерные технологии позволили трансформировать инфракрасные лучи в видимое изображение; техника, реализующая подобную трансформацию, получила название тепловизоров или инфракрасных камер.
Для разъяснения сути и предмета инфракрасного диагностирования (ИД) журналист Equipnet.ru, обратился к специалисту по материаловедению и станкам, к.т.н., доценту кафедры автомобильного транспорта, директору станции технического обслуживания Южно-российского технического университета Вячеславу Герановичу Тамадаеву (Новочеркасск).
Equipnet.ru: На каких принципах базируется ИД?
Тамадаев В.Г.: На двух основных принципах – анализе поглощения обследуемым объектом инфракрасного излучения и исследовании инфракрасных лучей, излучаемых тестируемым оборудованием.
Equipnet.ru: Расскажите, где применяют ИД, основанное на поглощении, и, если можно, приведите пример из вашей практики?
Тамадаев В.Г.: Прежде всего, для обнаружения дефектов мономатериала. Между источником инфракрасного излучения и прибором, фиксирующим инфракрасные лучи, устанавливают исследуемый предмет. Если тепловое излучение пронизывает материал неоднородно, «натыкаясь» на трещины, заполненные воздухом, или структурно измененные вкрапления, имеющие иную теплопроводность, то можно с достаточной уверенностью судить о наличии дефектов, особенно, при многократной, растянутой по времени диагностике. Из моей практики – это прибор ГАИ-1, позволяющий на основании данных об инфракрасном поглощении СО в выхлопных газах, диагностировать состояние автомобильного двигателя.
Equipnet.ru: Где и как применяют ИД, базирующееся на данных инфракрасного излучения оборудования?
Тамадаев В.Г.: Этот вид ИД применяют достаточно широко. Он основан на изучении термограммы, получаемой тепловизором. Успешно применяется для работающего оборудования в разных областях промышленности. Сравнивая на тепловизоре инфракрасные картинки – тестовую и текущую – и температуры в контрольных точках, можно сделать вывод о наличии тех или иных «болячек» в оборудовании. Так, по более высокой, чем указанно в техрегламенте, температуре в электрических трансформаторах, легко обнаруживаются проблемы в обмотках.
Equipnet.ru: Пользуетесь ли вы аналогичными приборами?
Тамадаев В.Г.: Да. На нашем предприятии достаточно широко применяют портативные инфракрасные пирометры, фиксирующие инфракрасное излучение, для определения работоспособности подшипников, коробок передач и двигателей внутреннего сгорания.
Equipnet.ru: На ваш взгляд, какое будущее за ИД?
Тамадаев В.Г.: Я не считаю ИД идеальным инструментом тестирования оборудования, но уверен, что это направление будет востребованным, как одно из многих.
Итак, как показали вышеуказанные ответы, основными приборами инфракрасной диагностики являются тепловизоры и инфракрасные пирометры. Причем именно тепловизоры, по выводам Equipnet.ru, наиболее полно отражают температурное поле эксплуатируемого оборудования. Именно они координатно или визуально указывают на конкретные горячие (иногда – холодные) места, которые могут быть источником опасных дефектов, потерь энергии, коротких замыканий и т.д. Более того, качественные тепловизоры способны измерить температуру этих «горячих» точек, т.е. дать необходимую «пищу» для цифрового анализа.
Приведём пример успешного использования тепловизоров при контроле высоковольтного электрооборудования. На инфракрасной съемке контакта на разъединителе (снимок сделан тепловизором ТН-7102) отчётливо видна «горячая точка», сигнализирующая о предаварийном состоянии. По индикаторной полоске сбоку термограммы, на которой цвет меняется от чёрного до белого и которая промаркирована в градусах по Цельсию, можно определить температуру контакта. На отрезке, окрашенном в белое, температура больше 250° C; розовый цвет на прилегающем к соединителю проводу соответствует 129° C; синий - «говорит» о нормальном режиме эксплуатации.
.jpg)
Другой сферой применения тепловизоров является диагностика микроэлектроники и, в частности, микрочипов, которые тестируются крайне сложно из-за своих микроскопических размеров и высокоплотной интеграции. Известно, что в дефектной области, возникшей в результате замыкания, происходит повышение температуры. На этой серии термограмм микрочипа размером в 10 мкм четко виден это процесс в после включения электропитания (сфотографировано тепловизором TVS-8100).
Тепловизоры Fluke Ti40 и Ti45 серии IR FlexCam
Кроме тепловизоров для ИД успешно применяют более простые портативные инфракрасные пирометры. Остановимся на типичном пирометре компании Raytek. Это специальные, узкопрофильные приборы, откалиброванные для бесконтактной диагностики оборудования и используемые в производстве стекла и обработке металлов.
| Модель | Ti50 / Ti50 с функцией Fusion | Ti55 / Ti55 с функцией Fusion |
| Матрица | Плоская фокальная матрица 60 Гц 320х240 точек (FPA), неохлаждаемый микроболометр | |
| Спектральный диапазон | 8-14 µm | |
| Температурная чувствительность | ≤ 0.070 ° С при 30° С | ≤ 0.050 ° С при 30° С |
| Функция улучшения цифрового изображения | Автоматическая, постоянно включена | |
| Дисплей | 5-ти дюймовый320х240 точек LCD | |
Модели Raytek, технические характеристики
 |
MiniTemp | |
| Диагностика и обнаружение неисправностей | ||
| Модель | MT2 | MT4 |
| Применение | Диагностика автомобилей, систем ОВВС, электрооборудования | |
| Оптическое разрешение | 6:1 | 6:1 |
| Прицел | - | Laser Point |
| Диапазон измерений | -18o ... 260oC | -18o ... 260oC |
 |
MX | |
| Техническое обслуживание | ||
| Модель | MX2 | MX4+ |
| Применение | Техническое обслуживание, диагностика ОВВС и электрооборудования, пищевая, автомобильная и морская промышленности | |
| Оптическое разрешение | 60:1 | 60:1 |
| Прицел | True Spot | True Spot |
| Диапазон измерений | -30o ... 900oC | -30o ... 900oC |
Инфракрасная диагностика имеет право на существование, поскольку существенно упрощает первичное тестирование технологического оборудования, а в определенных областях является просто незаменимой, однако, её использование резко ограниченно точностью и искажениями, возникающими из тепловых шумов, например, в жаркий солнечный день.
Александр Ситников, специально для Equipnet.ru
Фотографии и таблица с сайтов teplovizor.com, izme.ru, nw-technology.ru.
