معیارهای انتخاب یک دوربین ترموگرافی
امروزه استفاده از دوربینهای ترموگرافی در سطح وسیعی از کاربردهای صنعتی و غیرصنعتی توسعه یافته است. کاربردهای بازرسی و پایش وضعیت، پزشکی و دامپزشکی، کشاورزی، ساختمان، نظامی و امنیتی و بسیاری موارد دیگر از جمله کاربردهای ترموگرافی است که تقریباً در بسیاری از کشورها متداول است. به همین دلیل نیز مدلهای مختلفی از دوربینهای ترموگرافی قابل حمل و غیرقابل حمل، توسط سازندگان در نقاط مختلف دنیا ساخته و به بازار ارائه شده است. هریک از برندها یا مدلهای موجود در بازار، دارای ویژگیها و مشخصات خاصی هستند که برای کاربردهای خاص خود مناسب میباشند. متاسفانه بدلایل مختلف، معیارهای انتخاب بهترین گزینه برای یک دوربین ترموگرافی مناسب، در اغلب موارد دست‌کم گرفته میشود. برای مثال، پارامتر محدوده دمایی یا Temp. Range تنها یکی از مواردی است که در هنگام انتخاب بایستی مد نظر باشد. پارامترهای مهم دیگری نیز در مشخصات فنی دوربینهای ترموگرافی وجود دارد که نقش بسیار مهمی در ملاکهای انتخاب بهترین گزینه ایفا میکنند. چنانچه این ملاکها یا معیارها قبل از خرید مورد توجه قرار نگرفته باشد، احتمال یک خرید غیرفنی و نامناسب بسیار زیاد خواهد بود.
در اینجا برخی از مهمترین معیارهای انتخاب یک دوربین ترموگرافی مناسب را به اختصار تشریح میکنیم. ابتدا یک دوربین ترموگرافی غیرپورتابل (stationary thermal imaging camera) را مورد بحث قرار میدهیم. علت این موضوع تقاضای روزافزون این نوع دوربینها برای صنایعی است که به تازگی با این ابزار آشنا شده‌اند و قصد بهبود و ارتقاء روشهای نگهداری و پایش وضعیت تجهیزات مهم خود را دارند.
1. محدوده دمای قابل اندازه‌گیری، محدوده طیفی و حساسیت دماییMeasuring temperature range, spectral range and emissivity
مطابق با منحنی قوانین تابش پلانک ، ماکزیمم تابش انرژی حرارتی در دمای اتاق طول موجی در حدود 10 µm دارد. در مقادیر دمای بالاتر، طول موج تابش به سمت مقادیر کمتر (طول موجهای کوتاهتر) تغییر می‌یابد. بعنوان مثال طول موج تابش در دمای 2000 °C در محدوده 1.3 µm قرار دارد. بخش عمده‌ای از گرما یا همان انرژی حرارتی تابیده شده از سطح اجسام، در حیطه طول موج بلند مادون قرمز و در محدوده 0.8 ~ 14 µm است که چشم انسان قادر به تشخیص و دیدن آن نمیباشد. بخش اصلی طیف مادون قرمز که در دوربینهای ترموگرافی صنعتی از آن استفاده میشود محدوده 8 ~ 14 µm است که کمترین میرایی جوی را داشته و تابش مادون قرمز (صرفنظر از فاصله و رطوبت محیط) در این محدوده دارای حداکثر تابش است. برای اندازه‌گیری دما در سایر محدوده‌های طول موج مادون قرمز (دماهای بالاتر)، قله یا Peak موج به سمت طول موجهای کوتاهتر تغییر مکان میدهد. برای اندازه‌گیری دماهای بالا (طول موجهای کوتاه) دربینهای با طول موج بلند کارایی نداشته بایستی از دوربیهای با طول موج کوتاه استفاده شود.
2. ضریب تابش یا Emissivity
آگاهی از مقدار ضریب تابش سطح مورد نظر، در حرارت‌سنجی غیرتماسی یکی از عوامل موثر در دقت و صحت نتایج دما است. ضریب تابش یک جسم بیانگر میزان تابش گرما از سطح آن در دماهای مختلف در مقایسه با تابش ساطع شده از سطح یک جسم مرجع (جسم سیاه یا Black body) است. مقدار ضریب تابش سطح جسم مورد نظر بایستی در تنظیمات دوربین ترموگرافی درج گردد. در حرارت‌سنجی سطوح تجهیزات مختلف، ممکن است نیاز باشد که مقادیر مختلفی را برای ضریب تابش در نظر بگیریم. سطوح صاف و صیقلی دارای مقادیر ضریب تابش کمی هستند. هرچقدر مقدار ضریب تابش سطح کمتر باشد مقدار ضریب انعکاس آن بیشتر خواهد بود. این بدان معناست که در ترموگرافی سطوح صاف و صیقلی امکان انعکاس دمای پس‌زمینه یا محیط پیرامون بسیار زیاد است. در صورتیکه تصویر حرارتی ثبت شده دارای علائمی از انعکاس پس‌زمینه یا محیط پیرامون باشد، نواحی و نقاطی که دچار انعکاس شده‌اند در واقع خطای اندازه‌گیری به شمار رفته و مقادیر دمای آنها، دمای واقعی سطح جسم مورد نظر نخواهد بود. مقادیر مینیمم و ماکزیمم ضریب تابش اجسام در محدوده بین 0.01 ~ 1 است که بر روی دوربینهای ترموگرافی از طریق منو قابل تنظیم میباشد. در برخی دوربینهای ترموگرافی نیز جداول پیش‌فرضی حاوی برخی مواد و اجسام متداول در ترموگرافی قرار داده شده که با انتخاب هر یک از آنها، مقدار ضریب تابش آن در تنظیمات دوربین درج خواهد شد. خطای ناشی از درج نادرست ضریب تابش، در مقادیر دمای بالا بیشتر است. بعبارت دیگر هرچقدر مقدار دمای سطح مورد نظر، از دمای محیط بالاتر باشد مقدار خطای ناشی از درج نادرست ضریب تابش، بیشتر خواهد بود. در جدول زیر منحنی خطای ناشی از درج نادرست در دماها و طول موجهای مختلف نشان داده شده است.
3. دتکتور دوربین ترموگرافی، تعداد پیکسلهای دتکتور، NEDT و عدم قطعیت در دماسنجی
امروزه، دتکتورهای دو دیمانسیونی (دما و تصویر) با رزولوشنهای 320×240 یا 384×288 یا 640×480 برای اغلب کاربردهای صنعتی طراحی و ساخته شده و به بازار عرضه شده است. سنسورهای موجود در دتکتور این دوربینها برای محاسبه نویز معادل اختلاف دما (NETD) جهت اندازه گیری کمترین اختلاف دمای قابل تشخیص در سطح جسم طراحی و ساخته شده‌اند. دوربینهای جدید با دتکتورهای میکروبلومتر در دمای محیط اتاق حساسیتی معادل با 30 ~ 100 mK NEDT: در طول موج بلند دارند. در این محدوده حساسیت، مقدار قطعی دما در اغلب کاربردهای عمومی ضرورت چندانی ندارد. NEDT بیانگر بخشی از عدم قطعیت اندازه‌گیری دما است که در دتکتورهای طول موج کوتاه، متوسط و بلند با یکدیگر متفاوت است. دتکتور دوربینهای با طول موج کوتاه و متوسط با رزولوشن 512×384 یا 768×576 پیکسل در مقایسه با دتکتورهای طول موج بلند با رزولوشن 320×240 پیکسل قیمت بسیار بالاتری دارند.
این در حالی است که دتکتورهای طول موج بلند قابلیت اندازه‌گیری در محدوده وسیع بدون نیاز به تعویض محدوده دتکتور را نیز دارند.
4. فرکانس تصویربرداری و پاسخ زمانی دوربین ترموگرافی
هنگامیکه قرار است یک هدف یا تجهیز دینامیک (متحرک) را ترموگرافی نماییم، فرکانس تصویربرداری و پاسخ زمانی دوربین در میزان دقت و صحت نتایج، اهمیت ویژه‌ای خواهند داشت. در دتکتورهای میکروبلومتر حداکثر فرکانس اندازه‌گیری بر اساس ثابت زمانی حرارتی سنسورهای دتکتور محاسبه و تعیین میشوند.
5. لنز دوربینهای ترموگرافی و میدان دید (Fov)
جهت دستیابی به جزئیات بیشتر و ثبت تصویر با کیفیت‌تر، بخش اُپتیک دوربینهای ترموگرافی میتواند این قابلیت را داشته باشد که مشابه با دوربینهای عکاسی دیجیتال، به لنزهای مختلفی مجهز گردد. لنز استاندارد که در هنگام خرید دوربین ترموگرافی بر روی آن نصب است. سایر لنزهایی که بر اساس طراحی و مدل دوربین میتواند بر روی آن نصب گردد عبارتند از لنز تله فوتو برای اهداف دور، لنز زاویه باز برای سطوح عریض، لنز ماکرو، لنزهای بروسکوپ و اندوسکوپ که هریک برای کاربردهای خاص مورد استفاده قرار میگیرند.
6.شرایط محیطی، بدنه (سخت‌افزار) و منبع تغذیه دوربین
در محیطهای صنعتی با سطوح آلودگی (ذرات معلق در هوا، رطوبت، گرد و غبار و . . .) کلاس عایقی یا ایزولاسیون IP54 برای دوربینهای ترموگرافی کافی نیست. در چنین محیطهایی، اجزاء داخلی دوربین ترموگرافی بایستی در برابر نفوذ رطوبت و گرد و غبار در کوتاه مدت و درازمدت بایستی محافظت شده باشند. به همین منظور انواع مختلفی از دوربینهای ترموگرافی با کلاس ایزولاسیون بالا (IP65) طراحی و ساخته شده که برای محیطهای کاری سخت (آلوده، گرم و مرطوب) نیز کاربرد دارند. برخی مدلها دارای سیتمهای جداگانه خنک‌کاری با آب یا باد نیز دارند که برای محیطهایی مانند مجاور کوره‌های ذوب و صنایع نورد فلزات به کار برده میشوند.
7. درگاه‌های ارتباطی و نرم افزار دوربین ترموگرافی
دوربینهای ترموگرافی غیرپورتابل High Performance رنج دینامیکی بالا و قابلیت تبدیل 16 bit A/D را دارا میباشند. برای کاربردهای سیستم مدار بسته صنعتی، قابلیت شبکه اینترنت داخلی با امکان عدم تلفات و تاخیر زمانی در اولویت میباشد. برای فاصله‌های بیش از 100m بایستی از سیستم شبکه اینترنت داخلی جهت انتقال دیتای ترموویژن استفاده شود. پروتکلهای شبکه‌های اینترنت، کنترل دوربین از راه دور و برنامه‌های سرویس و نگهداری دوربین نیز موارد مهمی هستند که بایستی قبل از خرید مدنظر قرار گیرند. انتقال دیتا بایستی بصورت بلادرنگ (Online) باشد. دوربینهای پورتابل معمولاً دارای کارت حافظه و درگاه USB هستند. امکان انتقال داده در این دوربینها به هر دو روش اتصال مستقیم به کامپیوتر و انتقال از طریق کارت‌خوان وجود دارد.
یکی دیگر از قابلیتهای مهم در نرم‌افزارهای تحلیل ترموگرافی، امکان تحلیل حرارتی نقاط دلخواه (ROI) بر روی تصویر است. برای انجام تحلیل دقیقتر بایستی بتوانیم هر نقطه دلخواه بر روی تصویر را توسط ابزارهای موجود در نرم‌افزار، بررسی و مقادیر دما و الگوی توزیع حرارت در آن نقطه یا ناحیه را مشخص نماییم. برای این منظور تعدادی ابزار تحلیل در منوی نرم‌افزارهای تحلیل ترموگرافی قرار داده شده است که معمولاً در اغلب نرم‌افزارها مشترک و تا حد زیادی مشابه است. ابزارهایی مانند Spot، Line Profile، Circle، Rectangle، Polygon، Isotherm، Histogram از جمله موارد مشترکی هستند که در ابزارهای تحلیل ترموگرافی قرار دارند و توسط آنها میتوان هر نقطه یا ناحیه دلخواه بر روی تصویر را مشخص و دما نگاری نمود. برای هریک از ابزارهای فوق میتوان علاوه تعیین ضرایب جبرانساز بطور اختصاصی، مقادیر مینیمم، ماکزیمم و میانگین و اختلاف دما را تعیین نمود. برای ابزار Line Profile میتوان منحنی الگوی توزیع دما بر روی مسیر رسم Line را بدست آورده و برای سطوح بسته مانند Rectangle، Polygon میتوان منحنی هیستوگرام رسم نمود.
دیدگاهتان را بنویسید