МІКРОДОБРИВО

Использование тепловизора в сельском хозяйстве

Большинство проблем в сельскохозяйственной сфере может быть найдено путем определения наиболее нагретых или охлажденных областей объектов , техники , животных или помещений . Однако , получить температурную картину большого множества точек исследуемого объекта обычными термометрами или пирометрами затруднительно , а подчас и невозможно . Для визуализации полной картины нагрева/охлаждения были разработаны специальные приборы – тепловизоры .


Технология и характеристики

Из кур­са физи­ки извест­но, что для всех тел, тем­пе­ра­ту­ра кото­рых пре­вы­ша­ет тем­пе­ра­ту­ру абсо­лют­но­го нуля, харак­тер­но теп­ло­вое излу­че­ние. Чем боль­ше тем­пе­ра­ту­ра, тем боль­ше излу­че­ние. Поэто­му мы видим, как, напри­мер, при силь­ном нагре­ве металл рас­ка­ля­ет­ся и начи­на­ет све­тить­ся. Если же речь идет о более скром­ных тем­пе­ра­ту­рах, то чело­ве­че­ский глаз заме­тить это­го не может. А вот каме­ра, рабо­та­ю­щая в инфра­крас­ном диа­па­зоне элек­тро­маг­нит­ных волн, может. Имен­но такие каме­ры и при­ме­ня­ют­ся в теп­ло­ви­зо­рах. В про­стых при­бо­рах, ори­ен­ти­ро­ван­ных на изме­ре­ние неболь­ших тем­пе­ра­тур, дли­на инфра­крас­ной вол­ны состав­ля­ет 7…14 мкм. В при­бо­рах, рас­счи­тан­ных на боль­шие тем­пе­ра­ту­ры, она мень­ше.

Важ­ной харак­те­ри­сти­кой теп­ло­ви­зо­ра явля­ет­ся раз­ре­ше­ние, с кото­рым инфра­крас­ный дат­чик реги­стри­ру­ет отра­же­ние вол­ны. В совре­мен­ных теп­ло­ви­зо­рах при­ме­ня­ют­ся мат­рич­ные дат­чи­ки. Чем боль­ше коли­че­ство пик­се­лей в мат­ри­це, тем луч­ше дета­ли­за­ция. На прак­ти­ке при­ем­ле­мый уро­вень начи­на­ет­ся со 160 x 120 пик­се­лей. Про­из­во­ди­те­ли обыч­но ука­зы­ва­ют интер­по­ли­ро­ван­ное раз­ре­ше­ние тер­мо­грам­мы, кото­рое мини­мум в 1,5 раза выше.

Дру­гой важ­ной c тех­ни­че­ской точ­ки зре­ния харак­те­ри­сти­кой явля­ет­ся тем­пе­ра­тур­ная чув­стви­тель­ность сен­со­ров мат­ри­цы (NETD). Она изме­ря­ет­ся в мил­ли­кель­ви­нах. По сути она пока­зы­ва­ет ту раз­ни­цу тем­пе­ра­тур меж­ду дву­мя сосед­ни­ми точ­ка­ми, кото­рую теп­ло­ви­зор может рас­по­знать. Чем ниже пока­за­тель, тем боль­ше чув­стви­тель­ность. Про­из­во­ди­те­ли обыч­но ука­зы­ва­ют зна­че­ние со зна­ком «мень­ше», напри­мер NETD < 120 мK. Одна­ко при­ме­ни­тель­но к нашей теме это не так важ­но. Подой­дет любой пока­за­тель. Ведь речь все же идет о сило­се в тран­шее, а не об испы­та­ни­ях на тер­мо­стой­кость в маши­но­стро­е­нии.

Теперь об «опти­ке». От нее тоже мно­гое зави­сит. Нач­нем с того, что в теп­ло­ви­зо­рах сто­ит не обыч­ное опти­че­ское стек­ло, как в фото- или видео­ка­ме­рах. При­чи­на в том, что опти­че­ское стек­ло не про­пус­ка­ет инфра­крас­ное излу­че­ние, а зна­чит, про­сто не под­хо­дит в прин­ци­пе. Заме­ной высту­па­ют очень доро­гое гер­ма­ни­е­вое стек­ло или более деше­вое халь­ко­ге­нид­ное. Основ­ная харак­те­ри­сти­ка объ­ек­ти­ва – поле зре­ния. Дан­ная харак­те­ри­сти­ка пока­зы­ва­ет «угол зре­ния» по гори­зон­та­ли и вер­ти­ка­ли. Для неко­то­рых доро­гих моде­лей доступ­ны смен­ные объ­ек­ти­вы. Еще одним пока­за­те­лем опти­че­ской систе­мы явля­ет­ся мини­маль­ное фокус­ное рас­сто­я­ние.

Принцип работы тепловизоров

Инфракрасное излучение , генерируемое объектами А , через фокусирующую линзу B попадает на матрицу C , находящуюся в фокусе линзы . Матрица формирует образы объектов , пропорционально степени их нагрева  Чем больше количество микроболометров в матрице – тем четче получаемое изображение , но и , соответственно ,сложнее прибор и выше цена . Самые простейшие тепловизоры , например  FLIR i3 , имеют матрицы размерами 60 х 60 элементов = 3600 пикселей , что безусловно меньше матриц современных любительских фотоаппаратов , однако вполне достаточно для целей технической диагностики . Более дорогие тепловизоры могут иметь  матрицы объемом 60 000 пикселей и больше .

Затем , полученный образ передается в блок электронной обработки изображения D , который преобразует температурную картину в стандартное видеоизображение E , при этом , возможна обработка изображения в цвете , т.е. объекты , имеющие разную температуру даже на 0,1 градуса , будут отображаться на дисплее различными цветами и оттенками .

Благодаря тому , что все объекты излучают инфракрасные волны пропорционально температуре  а также то , что исправность \неисправность большинства технологического , энергетического оборудования можно  диагностировать по степени их нагрева , современные тепловизоры позволяют быстро , качественно , безопасно  и точно дистанционно  определять возможные проблемы и устранять их возникновение в таких отраслях , как сельское хозяйство ,энергетика и энергосбережение , строительство , машиностроение , химическая промышленность , предотвращать хищения ,пожары и аварии , способствовать сбережению тепла и энергии .

Немного о рентабельности

Распространено мнение , что тепловизоры имеют неоправданно высокую цену . Отчасти это так – самый простейший тепловизор , например Flir i3 , может стоить от 395 000 тенге , а иные модели с более высоким разрешением и дополнительными функциями могут иметь стоимость в 3-5 а то и в 10 раз большую . Связано это прежде всего с тем , что вся оптика не может быть изготовлена из стекла ( стекло не пропускает инфракрасные лучи ) . Все оптические устройства изготовлены из чистого оптического  Германия , цена на который – не менее 2000 долларов США за кг . Кроме того , микроболометрическая матрица достаточно сложна , трудоемка в изготовлении и дорога соответственно .

Однако , если рассмотреть цену тепловизоров в аспекте исполняемых функций – их применение окупается  менее чем через год ( вследствие экономии рабочего времени , энергосбережения ) ,  а то и за один день   , в случае , например , предотвращения пожара , ранней диагностики болезней животных , изоляции больного животного в стаде и т.д. и т.п. .

Выпускаемые модели

Несмотря на то , что все тепловизоры технически устроены одинаково и выполняют в целом одни и те же функции , предназначение тепловизора во многом определяет его конструкцию и набор дополнительных возможностей . Естественно , с ростом размеров матрицы , наличием дополнительных функций , улучшением чувствительности растет и цена . Одна из основных характеристик – чувствительность , т .е. какую разницу в температурах способен уловить тепловизор . Самые дешевые модели отличают разницу в 0,15 градуса Цельсия , более дорогие – гораздо более меньшую .

Примеры использования тепловизоров в сельском хозяйстве

Диагностика болезней , поиск больного животного в стаде

Диагностика различных болезней и травм животных

Поиск заблудших животных в условиях недостаточной видимости , в т ч при нулевой освещенности

Предотвращение нападений хищников , в т ч даже при нулевой освещенности или скрытности

 

Контроль теплового режима коровников и поиск утечек тепла в помещениях для скота , амбарах , хранилищах , холодильных камерах  и т.д.

Отбраковка и диагностика отопительных приборов

Контроль и выявление больных птиц

Диагностика неисправностей электро и механического оборудования , выявление проблем с ремнями , шкивами , подшипниками , кабелями , двигателями и т.д.

Выявление и поиск грызунов и мест их обитания , в т ч в условиях нулевой освещенности и скрытности

Контроль температурных режимов в теплицах и на полях, в буртах, силосных ямах

Предотвращение поедания растений животными , в т ч в условиях нулевой освещенности

Предотвращение хищений продукции в темное время суток

Выслеживание дичи , нахождение мест обитания , в т ч в условиях нулевой освещенности

Определение и выявление очагов пожаров

Выслеживание браконьеров , в т ч в условиях недостаточной видимости

Выявление и поиск вредных и ядовитых насекомых

data-matched-content-ui-type="image_sidebyside" data-matched-content-rows-num="2" data-matched-content-columns-num="1" data-ad-format="autorelaxed">

Метки: