1.Uvod Tek 1960. godine pojavio se prvi komercijalni termografski sistem koji je davao sliku u realnom vremenu i predstavljao je osnovu za razvoj novih metoda kontrole pri održavanju I metoda merenja temperaturnih polja neophodnih u pojedinim istraživanjima. Mogućnost beskontaktnog i daljinskog snimanja ukupnog temperaturnog polja površine posmatranog objekta daje ogromne prednosti u odnosu na klasične načine određivanje temperature. Razvijaju se metode za primenu temrvizije u mašinskim sistemima koja se zbog svoje primenljivosti često koriste i interdisciplinalnu. Danas naučnicu koriste moderne IC-sisteme kojima su u mogućnosti israživačkog rada bitno poboljšane. Rešavanje problema vođenja ili prelaza toplote u nekim je slučajevima olakšano primenom termovizije kombinacije s numeričkim metodama. Preko snimljenih termograma i postavljenih matematičkih modela moguće je dobiti temperaturnu raspodelu unutar tela ili koeficijenta prelaza toplote na površini posmatranog tela. Potrebno je puno eksperimentalnog rada da bi se dobili kvalitetni izrazi za određivanje koeficijenta prelaza toplote.
2. Termovizija Termovizija(od grčke reči termo-toplo i latinskog glagola video, videre-videti, gledati, u bukvalnom prevodu:>>gledanje toplote << je sistem snimanja toplote objekata.
2.1 Termovizijsko sinmanje Termovizijsko snimanje predstavlje ne kontaktni metod kojim se u deliću sekunde registruje emitovana toplota, odnosno infra crveno zračenje. Sva tela emituju infracrveno zračenje, pa čak i led. Praćenje emitovanja tih zračenja
našla je široku primenu za praćenje različitih pojava u različitim oblastima ljudskog delovanja, kao što su mašinstvo, elektronika, građevinarstvo, arhitektura, ali i u medicini. U građevinarstvu se ovaj metod koristi da bi se identifikovalo “loša” mesta, kao i da bi se dala gruba procena gubitka toplote. Kamera za termovizijsko snimanje su po spoljašnom izgledu slične filmskim kamerama, ali su posebno prilagođena da “vide” onaj deo infracrvenog spektra koji je za ljudsko oko nevidljiv, te se zato nazivaju još i infracrvenim kamerama.
2.2 Čitanje termograma (termo slika)
Termovizijske fotografije privlače pažnju sbog svojih živopisnih boja i činjenice da prikazuju svet koji je ljudskom oku nedostupan. Ipak, njihova svrha je da realno prikažu postojaće stanje emitovane toplote, a tek nakon njihove obrade mogu se izvoditi zaključci. Svaki termogram predstavlja sliku za sebe jer poseduje sopstvenu paletu boja, dva termograma se ne mogu porediti po bojama čak i u slučaju kad se radi o istim objektima. Stoga, u svaki termogram mora postojati skala boja, koja je boje dovodi u vezu sa temperaturom. Da bi se precizno mogle odrediti temperature, termovizijska kamera sačinjava i temperaturni dijegram koji prikazuje promenu temperature na objektu i to samo duž linije koja povučena na termogramu. Što su boje ujednačenije na termogramu, to je ujednačenije predavanje toplote, i obrnuto. Da bi se ustanovilo okvirna mera količine toplote potrebno je uzeti u obzir razliku između spoljašnje i unutrašnje temperature zida i vazduha (spoljašnji i unutrašnji snimak). Svetlije i toplije boje(žuta, crvena) ukazuju na topla mesta a tamnije hladne boje (plava, ljubičasta) na hladna mesta.
2.3. Termovizijski uređaji
Termovizijsku uređaji su nastali zbog potrebe povećanja efikasnosti pri posmatranju noću i u uslovima smanjene dnevne vidljivosti ili losih vremenskih prilika. Prvo ispitivanje senzora koji mere sopstveno zračenje pozadine i objekta vezani su za eksperimente u IR (infrared) delu spektra još 1900. godine. Prve upotrebe IR senzora u vojne svrhe zabeležene su u I svetskom ratu, detektovanjem aviona na rastojanju od 1,5 km, a čoveka na 0.3 km. Brz razvoj IR sistema između dva rata doveo je do njihove velike upotrebe u II svetskom ratu. Razvoj tehnologije je omogućio dobijanje IR slike na osnovu zračenja daleke 1919. godine. A tek oko 1930. godine razvijenu su prvi uređeji za posmatranje zračenja u IR obimu. Tokom ranih 60-tih godnina prošlog veka počeo je razvoj uređaja koji su sposobni da detektuju vidljivu svetlost niskog intenziteta (mesečev sjaj, zvezde) uz primenu pojačivača svetlosti, do korisno upotrobljivog nivoa za ljudsno oko. Ovi sistemi rade na detekciji reflektovane radijacije niskog intenziteta. Spektralna osetljivost je bila ograničena na vidiljivi deo spektra a povećanje granične talasne dužine osetljivosti omogućilo je rad u području (0,9 m). Tako su nastali multispektralni skeneri koji daju IR sliku terena iz vazduha. Razvijene su diode koje detektuju nizak nivo termalne radijacije. Tako nastao uređaj za termovizijsku sliku, koja se formira na osnovu sopstvenog zračenja objekta. Zračenje terena IR delu spekta zavisi od temperature objekta i pozadine, vrste i fizičkog objekta i okline, kao i zračenja sunca. IR senzori na principu linijskog skeniranja, imaju uglavnom dva obimna rada : od 3 – 5 m (niži obim), i obim – od 8 – 14 m (viši obim). Pri prostiranju kroz atmosferu slabljenje elektromagnetnih talasa je selektivno u odnosu na talasne dužine i sastava atmosfere. Prijemna optika ima zadatak da sakuplja elektromagnetnu energiju I usmerava je na detektor. Svaki objekat na temperaturi iznad apsolutne nule (-273°C) emituje termalnu energiju u infracrvenom regionu elektromagnetnog spektra ali njen veliki biva rasejan i apsorgovan u atmosferu. U okvirima ovih prozora apsorpcija je minimalna I u njima se vrši detektovanje I prećenje. Detekcija I prećenje objekata u ovim dugotalasnim regionima se zasniva na merenjema temperatura I emituje se
između objekata I pozadine. Ključna kola u ovim merenjima su kvantni detektori. Kvant je određena količina energija na datoj talasnoj dužini I kvantni detektor koji prima količinu toplote kvanta. Najzastupljeniji materijal je kadmijum merkuri telurid (CMT-Cadmium Mercury Telurid), koji menja električnu otpornost kada primi kvant toplotu.
2.4. IC- kamere
Infracrvena kamera (IC-kamera) je beskontakntni uređaj koji detektuje infracrvenu energiju(toplotu) I pretvara ga u elektronski signal, koji se zatim obrađuje da proizvodi termalne slike na monitoru I obavlja proračune temperature. Infracrvena kamera je osetila toplotu, koja može biti veoma precizno određena ili merena, omogućavajući nam da ne pratimo samo termalne performance, već I da identifikujemo I procenimo relativnu težinu toplote problema. Infracrvene bezbednosne kamere bez obzira na uslove osvetljenja, davajući nam oštar prikaz čak I kada je svetlost na apsolutnoj nuli. Ali, kako to oni rade?Infracrvena svetlost je svetlost koju ne možemo videti sopstvenim očima, ima talasnu dužinu većih I nižih frekvencija od obične vidljive svetlosti.Ime doslovno znači “ispod crvene”, crvena kao boja najduže talasne dužine vidljive svetlosti.Infracrveni uzima koliko toplote objekat ili lice koje ke, pošto je sve na zemlji gasi neki oblik infracrvene svetlosti u zavisnosti od njene temperature. Infracrvene bezbednosne kamere koriste infracrvena LED osvetljenja potavljena oko objektiva kako bi se moglo izvršiti snimanje informacija čak I u oblastima gde apsolutno nema svetlosti. Bez obzira šta su uslovi životne sredine, infracrvene mere toplote iz objekta u toj oblasti, I to se može uočiti pomoću kamere. IC-zrak može da putuje kroz magle, prašine I dima, materijale... Iako se IC- kamere često nazivaju kamerama za noćno osmatranje, ne smemo ih pomešati sa “dan/ noć ” kamerama. Dan/ noć kamera
ima veoma osetljiv čip za snimanje koji omogućava snimanje kamerom mogu videti slike čak I u uslovima slabog osvetljenja. Dan/ noć kamera je dobra opcija za oblasti koje imaju stalni izvor svetlosti, kao što su ulice svetlo ili svetlo bezbednosti, ali oni neće raditi ako je svetlo iskčjučeno. Kada je svetlo na raspolaganju, infracrvena kamera će nam dati sliku u boji, kada nema svetlosti kamera se automatski prebacuje na infracrveni mod. Uovom režimu, kamera snima crno-belo. Dakle, kako znate koliko je dobra infracrvena bezbodnosna kamera? Jedan od načina merenja je pomoći luksa. Luk se odnosi na količinu svetla koji treba da da dobru sliku. Očigledno, niži luk , manje svetla treba kamerama. Prava IC-kamera će imati 0,0 luksa u infracrvenom režimu, što znači da mogu da vide u potpunom mraku. Takođe možemo uporediti ICkamere u skladu sa time koliko one vide u mraku. Ovo se meri po tome koliko su infracrvene LED diode ugrađene.
2.5.Proizvodjaci IC-kamera
Proizvođač:
SAMSUNG
Model: SIR-4150P Opis: Kolor/Mono (Dan-Noć), 520TVL, 0lux (IR on) / 0.002lux (IR off), 1/3", sa optikom, IC diodama i kućištem za spoljnu montažu. Super HAD CCD, auto iris, ICR filter, 24 LED diode (domet 30m), SSRN, BLC, AGC,OGC, detektor pokreta, vari fokal 3.8-9.5mm, IP65, sa napajanjem 12VDC/4A
Proizvođač:
SAMSUNG
Model: SIR-4160 Opis: Kolor/Mono (Dan-Noć), 600TVL, 0lux (IR on) / 0.0003lux (IR off), 1/3", sa optikom, IC diodama i kućištem za spoljnu montažu SSNR3, auto iris, ICR filter, 32 LED diode (domet 50m), BLC, AGC,OGC, detektor pokreta, vari fokal 2.8-10mm, IP66, sa napajanjem 12VDC/4A
Proizvođač:
WESTERN SECURITY
Model: IRW-22X Opis: Kolor , 480TVL , 0lux (IR ON) , 1/4" , 22x zum, Sony super HAD CCD, BLC,vari-fokal 3.9-88.5mm, 22X zum , 66 IC dioda. IP65 ,sa napajanjem 12vdc/2A, bez nosača.
Proizvođač:
WESTERN SECURITY
Model: M-403 Opis: Dome, kolor, 420TVL, 0.1lux, 1/3" Sony CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, 26 IC dioda, domet 25m (0lux), 12vdc
Proizvođač:
WESTERN SECURITY
Model: M-46-VANDAL Opis: Kolor, 540TVL, 0lux, 1/3", anti vandal. Sony/Samsung/Sharp CCD, AES, optika vari fokal 4-9mm, 36 IC dioda, domet 30m (0lux), IP66, 12Vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: KPC 136ZAP Opis: Kolor, 420TVL, 0.4lux, 1/3", 14 IC dioda. AV Tech CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, crno kućište, prolaz kabla kroz nosač, 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: KPC 136ZBP Opis: Kolor, 420TVL, 0.4lux, 1/3", 21 IC dioda. AV Tech CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, crno kućište, prolaz kabla kroz nosač, 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: KPC136ZDP Opis: Kolor, 420TVL, 0.05lux, 1/3", 21 IC dioda. AV Tech CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, IP67, crno kućište, prolaz kabla kroz nosač, 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: AVC-527-26S Opis: Kolor, 420TVL, 0.1lux, 1/3", 26 IC dioda. Sony CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, 0.1lux, nosač, IP57, domet 20m (0lux), srebrna, 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: AVC-527-36S Opis: Kolor, 420TVL, 0.1lux, 1/3", 36 IC dioda. Sony CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, 0.01lux, nosač, IP57, domet 30m (0lux), crna, 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: AVC-557 Opis: Kolor, 420TVL, 0.1lux, 1/3", 24 IC diode. Sony/Samsung/Sharp CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, nosač, IP57, domet 10m (0lux), 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: M-633 Opis: Kolor, 420TVL, 0.1lux, 1/3", 72 IC diode. Sony CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, nosač, IP57, domet 30m (0lux), 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: KPC139ZBP Opis: Kolor, 420TVL, 0.2lux, 1/3", 35 IC dioda. Sony/Samsung/Sharp CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, nosač, IP67, domet 25m (0lux), 12vdc
Proizvođač:
AV Tech
Model: KPC139ZEP Opis: Kolor, 520TVL, 0.‚3lux, 1/3", 35 IC dioda. Sony/Samsung/Sharp CCD, AES, AGC, optika 3.6mm, nosač, IP67, domet 25m (0lux), 12vdc
Proizvođač:
WESTERN SECURITY
Model: WS-540-IR Opis: Kolor, 540TVL, 0lux IR ON, 1/3" , 45 IC dioda. Sony CCD, optika 6mm , domet 30 metara (0lux) , IP57 , 12vdc
2.6. Osnovne tehnike formiranja termalnih slika
Slika nastala termovizijskim sistemom predstavlja objekte I scenu u kojima je kontrast slike rezultat zračenja I emisivnosti tela na različitim temperaturama objekta I pozadine. Sam proces stvaranja termalne slike se razlikuju od načina formiranja slike u vidljivom delu spektra. Termalno zračenje zavisi samo o d temperature emisivnosti tela I ako je temperatura veća od apsolutne 0 (273,16°C) po teorijskom modelu zračenja crnog tela, elektromagnetni spektar teorijski obuhvata sve talasne dužine. Međutim, u praksi objekti se nalaze na pozadini koja menja njihovu temperaturnu signaturu, I objekti ne zrače kao idealna crna tela. Ove činjenice ukazuju da termalna slika nosi više informacija nego standardna slika u vidljivom delu spektra, dobijena procesom refleksije I zračenja izvan samih objekata. Svi postojeći senzori mogu se razvrstati po principu rada na dve osnovne vrste. To su :
- termovizijski sistemi sa linijskim skeniranjem (IRLS-Infra Red Line Scaning) - termovizijski sistemi sa detektorima u fokusnoj ravni ( FPA – Focal Plane Array). Formiranje termalne slike, posmatrano sa tehnološkog aspekta, prolazilo je kroz četri osnovne faze. U samom početku infracrveni lik objekta se formira korišćenjem infracrvenog detktora sa hlađenjem.
Odraz na slici se formirao kretanjem skenirajućeg ogledala po horiyontalnoj i vertikalnoj ravni na koji pada IR zračenje sa terena, analizirajući jedan po jedan elemet slike. Reflektujući se od ogledala, IR zračenje prolayi kroy optiku i pada na diskretni detektor. Ova vrsta detektora nayvana je elektromehaničkim skenerima. Fotoprovodnik CMT je veoma osetljiv materijal ya detektore i radi na veoma niskim temperaturama, gde je odnos signal/šum visok. Potrebno je da se detektor hladi na temperaturi oko 80°K. Njegova konstrukcija zavisi od metode hlađenja, na primer korišćenjem principa Stirlingovog ciklusa. Pojavom linijskih detektora, prešlo se na skeniranje metodom linija po linija (linijski skeneri). Ovde se vrši skeniranje terena linijom od n detektorskih elemenata. Jednoelementi CMT detektor se koristi za formiranje slike malom brzinom. U sistemima koji rade sa brzinom od 25 fps (frame fer second), i tamo gde je potrebna velika rezolucija u realnom vremenu, koristi se detektorski niz. Elemenat detektorskog niza se optički skenira i stvara sliku. Nedostatak ovih metoda skeniranja je složenost elektronskih uređaja potrebnih za obradu signala. U posledenje vreme pojavom tzv. Sprite ( Signal Processing In The Element) detektora, kao jedne vrste linijskih rednih skenera, postiže se bolji kvalitet slike, uz manju cenu i veću brzinu rada. Ovakav način formiranja termalne slike nazvan je elektromehanički. U ovoj metodi, još uvek postoji
skenirajuće ogledalo koje se okreće po horizontalnoj i vertikalnoj osi. SPRITE detektori predstavljaju specijalnu vrstu termovizijskih senzora koja je zasnovana na principu linijskih rednih skenera. U SPRITE detektoru svaki red “inline” elemenata slike se formira iz jedne trake CMT elementa. Drugim rečima detektorski niz fotoosetljivih dioda zamenjen ekvivalentnim fotoosetljivom trakom. Sistemi za formiranje termalnih slika sa SPRITE detektorima su manje kompleksni a više efikasni od “inline” detektorskih sistema. Dimenzije kvantnog detektora su ograničene kompromisom između smanjenja faktora termalnog šuma I cene materijala. Pojavom takozvanog mozaičnog sistema za formiranje termalne slike na najbrži način se dolazi do infracrvene slike terena, bez skenirajućih elemenata. Poslednje dve metode koriste se pored standardnih sočiva I objektiva, kolimator I svetlosni disperser. 3. Primena termovizije
Termovizija je posebna primena infracrvene termografije kada nije potrebno precizno izraziti temperaturne vrednosti snimanog obejkta već samo samo prikazati njegovu IC sliku. Ovakve IC uređaje koristi vojska, policija vatrogasne jedinice. IC uređaji termovizije koriste se kao zemaljski stacionarni ili mobilni, koji mogu biti ugrađeni u posebno opremljena vozila. Upotreba termovizijskih uređaja iz zraka poseduje velike mogućnosti. Termovizijom se prate požari I pozarišta, osobe zarobljene u požarom zahvaćenom objektu, prati se promet iz zraka, noćna oku nevidljiva neželjna kretanja, kontroliše se sigurnost državnih granica I objekata.
3.1. Primena u mašinstvu
Osiguranje proizvdnog procesa u pogonu bez zastoja 24 sata na dan, 365 dana u godini, izbegavanje skupih kvarova, poboljšanje pouzdanosti kompletnog sistema to su današnji zahtevi ili problemi moderne proizvodnje. Kako bi osigurale neprekidnu operativnost pogona, mnoge su se industrijske grane odlučile na izradu programa preventivnog održavanja predviđanjem. Jedan od najdragocenijih dijagnostičkih alata u programima za predviđanje održavanja je infracrvena termografija. U mnogim industrijskim granama mehanički sistemi su osnov svih operacija. Termografski podaci mogu biti neprocenjivi izvori komplementarnih informacija pri analizi vibracija kod proučavanja mehaničke opreme. Obično kada se mehaničke komponente istroše I postanu manje učinkovite, temperatura im raste iz minute u minutu. Kao posledica toga temperature na neispravnoj opremi ili sistemima narašće pre nego što dođe do samog kvara. Tipični pregrejani motori, točkići, preopterećene pumpe, pregrejane osovine motora, vruća ležišta… Pomoću automatske detekcije najosteljivijih mesta I preklapaju preko ispravnog prikaza možemo lako uporediti temperature različitih motora, a onda započeti daljnja ispitivanja pregrejanog motora. Da bismo obavili potpunu infracrvenu proveru pokretne opreme prikaz se treba skenirati na frekvenciji od 50 herca. Skeniranja na nižim frekfencijama daju nejasnu infracrvenu sliku. Mehanički sistemi će se pregrejati ukoliko na nekom mestu u sistemu dođe do razdešenja. Zahvaljujući karakteristici IC opreme, kao
što je linijski profil, može se odmah videti postoji li kakav problem. Pokretne trake su još jedan primer mehaničkog pogonskig stanja. Ukoliko je neki od ležajeva istrošen jasno će se videti na infracrvenom zapisu, pa se jednostavno njegovom zamenom ponovo postiže uredno stanje prenosa. Bilo da je područje vašeg interesa ispitavanje električnih instalacija, mehaničke opreme, vatrostalne opreme ili opreme za cevovode, detekcije baklji I razine rezervoara, te puno, puno više, infracrvena termografija savršeni je alat za nadzor predviđanja održavanja.
