FLIR Advanced Thermal Solutions

Тепловизионные решения для научных исследований и опытно-конструкторских работ.

Сегодня, по мере того как все больше людей открывают для себя потенциал этой мощной технологии, сфера применения тепловизионных камер также постоянно расширяется. Тепловизионные камеры компании FLIR играют важнейшую роль в деятельности целого ряда промышленных, торговых и правительственных организаций в более чем 60 странах мира.

Для удовлетворения высоких требований применения в сфере научных исследований и опытно-конструкторских работ компания FLIR разработала специальные высокопроизводительные тепловизионные системы. Чтобы соответствовать разнообразным требованиям этого рынка, во Франции, недалеко от Парижа, компания FLIR создала специальное подразделение (FLIR Advanced Thermal Solutions), которое занимается производством тепловизионных камер с широкими техническими возможностями, позволяющими достигать наилучших результатов в самых сложных областях применения.

Лоик Премартэн (Loïc Premartin) занимает пост директора по продажам в Европе, на Ближнем Востоке и Африке (регион EMEA) подразделения FLIR Systems, отвечающего за разработку устройств для научно-исследовательской сферы. По его словам, «A» в аббревиатуре ATS присутствует не без причины. «В подразделении ATS мы в прямом смысле предоставляем самые передовые тепловизионные решения для применения в сфере научных исследований и разработок. 50 наших сотрудников целенаправленно занимаются наиболее передовыми на сегодняшний день технологиями в отношении оптоэлектронных конструкций, производительности и возможностей аппаратных средств и программного обеспечения. Мы работаем с самыми современными тепловизионными технологиями. Если сравнить теловизионные камеры с машинами, то наши камеры — это машины «Формулы-1». Они просто лучшие из лучших».

Около 50 сотрудников подразделения ATS компании FLIR заняты поисками наилучших среди существующих на настоящий момент тепловизионных технологий.		Эти камеры серии SC5000 готовы к отправке клиентам.

По мнению Лоика Премартэна, это означает, что компромисс становится невозможен: «Разница между нашим и другими рынками тепловизионных камер в том, что мы не сосредоточиваем наши усилия только на снижении стоимости производства. Хотя это и немаловажный фактор, нашей главной задачей является оптимизация эксплуатационных характеристик. А это означает, что все аспекты: передовые оптоэлектронные конструкции, превосходную компенсацию ухода частоты, сверхстабильную платформу камеры, повышенную точность измерения температур, изменяемое время интеграции при получении изображений, расширенные возможности фильтрации, объективы микроскопического увеличения или длиннофокусные объективы с узким углом обзора — необходимо довести до совершенства».

К тепловизионной камере SC5000 прилагается широкий выбор объективов.		Вид сверху на здание подразделения ATS компании FLIR в Марн-ля-Валле, недалеко от Парижа.

Охлаждаемые и неохлаждаемые

Наша цель — постоянно осваивая новые технологии, производить наиболее передовые тепловизионные инфракрасные камеры для применения в области научных исследований и опытно-конструкторских работ. «В подразделении ATS компании FLIR мы разрабатываем широкий ассортимент камер как с охлаждаемыми, так и с неохлаждаемыми детекторами, всеми видами объективов, фильтров и другого оборудования. Благодаря этому мы можем предложить тепловизионные решения для любых условий применения в сфере научно-исследовательских работ и для любого бюджета».

По словам Лоика Премартэна, хотя тепловизионные камеры, оснащенные неохлаждаемым микроболометром, заметно усовершенствовались за последние несколько лет, для наиболее передовых тепловизионных решений все же лучше подходят охлаждаемые камеры: «Охлаждаемые камеры не только обладают более высоким разрешением, но и способны сделать моментальный снимок за один раз, полностью используя детекторную матрицу для записи всех пикселей сразу. Неохлаждаемые камеры создают изображение по одному пикселю».

Подразделение ATS компании FLIR предоставляет клиентам неограниченные возможности выбора. Не имеет значения, предпочитает ли клиент детекторы типа InSb (антимонид индия), MCT (теллурит ртути и кадмия), QWIP (инфракрасный фотодетектор на квантовой яме) или даже InGaAs (арсенид галлия индия), в ATS найдется детектор любого типа.

Решения для любого бюджета

Еще одним отличием охлаждаемых камер от неохлаждаемых является характеристика частоты управления окнами. «Сужая поле обзора, можно записать больше кадров в секунду, увеличив таким образом частоту. Обычное видео записывается с частотой 25 кадров в секунду, т. е. 25 Гц. При работе с охлаждаемыми камерами можно увеличить частоту захвата изображений до 65 000 Гц, максимально используя нашу передовую технологию управления окнами. Частоту захвата изображений неохлаждаемых камер можно увеличить максимум до 200 Гц. Так что разница по-прежнему велика».

Однако Лоик Премартэн подчеркивает, что неохлаждаемые камеры не менее важны: «Нам необходимо предоставить решения для любых условий применения и любого бюджета. А это включает в себя и неохлаждаемые камеры».

Важность гибкости

По словам Лоика Премартэна, для работы в сфере научных исследований и опытно-конструкторских работ необходима большая гибкость: «При производстве камер для других рынков, например для автомобильной промышленности или морского применения, можно найти решение, которое удовлетворит требования всех клиентов. Но в сфере научных исследований и опытно-конструкторских работ не все так просто. Нашими клиентами являются университеты, исследовательские институты, военные организации (например, для составления сигнатуры цели) и промышленные компании, которые используют наши камеры для электронного теплового анализа, контроля качества, анализа теплопередачи или неразрушающего тестирования. Все эти клиенты предъявляют крайне специфические и разнообразные требования, так что при работе на этом рынке необходима гибкость. Наш широкий ассортимент продуктов и дополнительных аксессуаров (объективы, фильтры и т. д.) и наши специализированные модули программного обеспечения позволяют предложить наилучшие решения для каждого случая применения».

«Мы можем предоставить любой вид решения для научно-исследовательской сферы, — продолжает Лоик Премартэн. — Решения создаются согласно определенным требованиям клиента, а в случае необходимости мы можем расширить их специально для конкретного клиента. Например, недавно мы продали тепловизионную систему астрономическому исследовательскому центру в России. Для центра было необходимо распознавать температуры до -80 °С, и для этого мы сдвинули нижнюю границу интервала температур камеры. Мне кажется, что именно в этом состоит главное отличие ATS от других подразделений FLIR».

Американская и европейская лицензии: большая разница

Все компоненты камеры, в том числе детектор, объектив и механические и электронные детали, проектируются и разрабатываются на предприятии ATS во Франции.

Богатый выбор тепловизионных систем

Специалисты выбирают камеры FLIR, произведенные подразделением ATS, для любых применений в промышленной, научной и военной сфере тогда, когда необходимы гибкость и высочайшие эксплуатационные характеристики. В дополнение к неохлаждаемым камерам серий FLIR SC300 и FLIR SC600 компания FLIR предлагает широкий выбор сверхбыстрых, сверхчувствительных охлаждаемых инфракрасных камер серий FLIR SC5000 и FLIR SC7000, а также камер ближней инфракрасной области спектра (NIR) серии FLIR SC2000. Эти камеры обеспечивают превосходные характеристики измерений в проблемных ситуациях и положениях, в том числе при установке в обстановке быстрого движения или тогда, когда необходимо фиксировать быстрые тепловые явления. Кроме того, эти камеры позволяют записывать тепловые изображения широкого диапазона температур, явления с низкой амплитудой, проводить анализ крайне малых объектов и даже многоспектральный анализ. И более того, камеры FLIR серии SC2000 окажутся полезными в тех ситуациях, когда спектральная полоса ближней ИК-области спектра (камеры серии SC2000 распознают частоты диапазона от 0,8 мкм до 2,5 мкм) предоставляет такие дополнительные возможности измерения, как лазерная контурная обработка, анализ окраски, диагностика кремниевой пластины и измерение высоких температур.

В качестве дополнительного инструмента для этих передовых тепловизионных систем подразделение ATS предоставляет также программное обеспечение для обработки цифровых изображений, способное предложить все необходимые в сфере научных исследований функции для сверхбыстрого захвата изображений в реальном времени, точного запуска, синхронизированной термографии и анализа напряжений.

Простота использования

Чтобы обеспечить полный контроль качества камер, компания FLIR производит все компоненты камер самостоятельно. «Подразделение FLIR ATS старается снабдить все части камеры наилучшими компонентами, — поясняет Лоик Премартэн. — Наши инженеры проектируют все элементы аппаратуры и программного обеспечения самостоятельно. Все механические и электронные компоненты спроектированы и разработаны прямо здесь, на этом предприятии. Всесторонний опыт наших специалистов по инфракрасному излучению не только гарантирует точность и надежность всех важных компонентов, но и во много раз упрощает процесс использования камер».

И этот принцип распространяется и на самое сердце камеры — детектор. «Инфракрасный детектор поглощает инфракрасное излучение и преобразует его в электрический сигнал. По сути это важнейший компонент любой тепловизионной системы. Компания FLIR Systems является единственным производителем инфракрасных камер, располагающим собственным производством детекторов. Мы производим детекторы типа InSb (антимонид индия), QWIP (инфракрасный фотодетектор на квантовой яме), а также неохлаждаемые детекторы на основе окиси ванадия и арсенида галлия индия (InGaAs)».

Оптика в центре внимания

Хотя детектор — сердце тепловизионной системы, оптика камеры не менее важна для обеспечения наилучших эксплуатационных показателей. «Для того чтобы гарантировать высокое качество оптики, мы производим ее самостоятельно. Если взглянуть на это со стороны, то оптика инфракрасной камеры очень похожа на оптику обычной камеры. Однако стекло, используемое в обычных камерах, непригодно для использования в тепловизионных камерах, так как обычное стекло не пропускает инфракрасное излучение, по крайней мере в необходимых количествах. Поэтому мы используем линзы, сделанные из германия. Этот дорогостоящий материал обладает превосходными механическими свойствами, и его тяжело разбить, что, однако, делает работу с ним весьма непростым делом: для резки этого сверхпрочного материала мы используем алмазы. И здесь компания FLIR также обеспечивает высокое качество этих крайне важных компонентов камеры, выпуская необходимые инфракрасные линзы и зеркала с помощью собственного алмазно-токарного оборудования».

Все компоненты камеры сконструированы и произведены здесь, в подразделении ATS компании FLIR во Франции.		Тепловизионные камеры собирают вручную с особой тщательностью.

Самая большая коллекция черных излучателей

Для обеспечения точного измерения температур с помощью тепловизионной камеры немаловажной оказывается и заключительная стадия калибровки. «Правильная калибровка камеры является залогом того, что каждый пиксель измеряет температуру верно. Камера устанавливается напротив черного излучателя с эталонной температурой, и затем проверяется, измеряет ли каждый пиксель одинаковую температуру. В нашем подразделении FLIR ATS мы имеем большую коллекцию черных излучателей, насколько мне известно, самую большую среди всех неправительственных организаций в Европе. В том случае с поставкой камеры, способной распознавать температуры до -80 °C, для обсерватории в России, о котором я уже упоминал, нам пришлось приобрести уникальный черный излучатель, который позволяет производить калибровку камер на таких низких температурах. С помощью этого черного излучателя мы смогли удостовериться, что наше оборудование обеспечивает точные измерения, даже когда объем излучаемой объектом тепловой энергии чрезвычайно мал. Для сравнения, у нас также есть черный излучатель, с помощью которого можно производить калибровку до 3000 °C. Поддерживая такой широкий спектр возможностей калибровки, мы можем быть уверены, что наши клиенты получают наиболее точные данные измерения температур в любых температурных условиях».

На заключительной стадии все камеры FLIR ATS проходят тестирование на предмет качества. Каждая камера подвергается ряду строгих испытаний качества. «Каждая камера подвергается воздействию наиболее неблагоприятных условий в специально сконструированных камерах искусственного климата. Это является гарантией того, что системы камеры будут функционировать даже в самых тяжелых условиях».

Подразделение ATS компании FLIR недавно приобрело уникальный черный излучатель, который позволяет производить калибровку камер на температурах до -80 °C.		Подразделение ATS FLIR располагает самой большой среди неправительственных организаций Европы коллекцией черных излучателей.

Особые функции

«Хотя все наши тепловизионные камеры, независимо от сферы их использования, разрабатываются и производятся в соответствии с самыми высокими критериями, компания FLIR Systems понимает, что для применения камер в области научных исследований высокого уровня требуются особые функции, — объясняет Премартэн. — Для упрощения работы исследователей компанией FLIR Systems был разработан ряд собственных функций, чрезвычайно полезных для исследователей в любой сфере».

Лоик Премартэн проверяет объектив камеры: «Мы хотим удостовериться, что все компоненты находятся в превосходном состоянии, прежде чем отсылать камеру клиенту».		Тепловое изображение шины, сделанное во время испытания качества на скорости 200 км/ч.

Один из примеров таких функций — FLIR CNUC. «Это разработанный FLIR процесс калибровки, который обеспечивает чрезвычайно красивое изображение и измерения тепловизионной камеры FLIR. Камера, откалиброванная с функцией CNUC, позволяет с большей гибкостью регулировать время интеграции без необходимости производить поправку неравномерностей. Кроме того, калибровка CNUC обеспечивает стабильность точности измерений вне зависимости от колебаний температур окружающей среды».

Еще один полезный инструмент — FLIR HyperCal. Он позволяет пользователю установить верхний и нижний пределы диапазона температур, и камера автоматически настроится на соответствующее время интеграции. «С появлением этой функции заводская установка интервала температур отошла в прошлое, и в то же время обеспечивается широкий диапазон измерений при высочайшей чувствительности».

Камеры FLIR ATS выпускаются также с функцией автоматического суперкадрирования. «Если диапазон температур слишком широк, тепловизионная камера автоматически переключится в режим суперкадрирования, что позволит получить точные измерения температуры более широкого интервала температур». Технология суперкадрирования состоит в циклическом варьировании экспозиции или времени интеграции камеры от кадра к кадру и комбинации получаемых субкадров в единый суперкадр со значительно увеличенным диапазоном температур, что позволяет визуализировать сцены с крайне высокой разностью температур.

Суперкадрирование. Рисунок 1: изображение, сделанное за 2 мс: насыщенная система выпуска. Рисунок 2: на изображении, сделанном за 30 мс, система выпуска видна ясно, без насыщенности, но температура остальной сцены слишком мала, чтобы можно было получить четкое изображение за пределом минимального уровня шума системы. Рисунок 3: решение: изображение, одновременно контрастное и обладающее широким диапазоном температур.

«Я надеюсь, теперь вы согласитесь с тем, что, когда требуются гибкость и высокая производительность, тепловизионные камеры FLIR ATS являются наилучшим вариантом для исследователей и специалистов в промышленной, научной или военной отрасли, какими бы ни были стоящие перед ними задачи», — заключает Лоик Премартэн.

Читать другие истории применения