Termowizja w ochronie przeciwpożarowej · Biblioteka SGSP

Szkoła Główna Służby Pożarniczej Wydział Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego

Warszawa 2018

ANNA SZAJEWSKA

TERMOWIZJA

W OCHRONIE

Recenzja naukowa

prof. dr. hab. inż. Bogusław Więcek st. bryg. dr inż. Wojciech Jarosz Przygotowanie do druku Agnieszka Wójcik Okładka

fot. Anna Szajewska, projekt Krzysztof Kowalczyk

Wydano na licencji Creative Commons:

Uznanie autorstwa-Użycie niekomercyjne-Bez utworów zależnych 3.0 Polska Wydanie pierwsze

Warszawa 2018 ISBN

978-83-88446-87-0 Wydawca

Szkoła Główna Służby Pożarniczej 01-629 Warszawa

e-mail: wydawnictwo@sgsp.edu.pl www.sgsp.edu.pl

tel. 22 561 73 83 Łamanie

Arte Mio Krzysztof Kowalczyk Objętość: 9 arkuszy wydawniczych

SPIS TREŚCI

SPIS TREŚCI

WSTĘP . . . 7

1. PODSTAWY TERMOWIZJI . . . .11

1.1 Podstawowe prawa i defi nicje . . . .11

Natura i zakres widmowy promieniowania podczerwonego . . . .11

Podstawowe wielkości charakteryzujące promieniowanie . . . .11

Prawo Plancka . . . .13

Ciało doskonale czarne . . . .14

Prawo Stefana-Boltzmanna . . . .16

Prawo przesunięć Wiena . . . .16

Prawo Kirchhoff a . . . .16

1.2 Wybrane detektory promieniowania cieplnego . . . .18

Termopary radiacyjne . . . .18 Detektory bolometryczne . . . 20 Detektory piroelektryczne . . . .21 Fotorezystory . . . 22 Detektory fotowoltaiczne . . . 23 Fotokatody . . . 24

Detektory QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector) . . . 24

1.3 Budowa i zasada działania kamery termowizyjnej . . . 24

Zasada działania kamery termowizyjnej . . . 24

Kamery obserwacyjne i pomiarowe . . . 25

Podstawowe parametry kamery . . . 25

Pole widzenia pirometru podczerwieni . . . 28

1.4 Wpływ otoczenia . . . 30

Promieniowanie emitowane przez obiekt . . . 30

Promieniowanie emitowane przez atmosferę . . . 33

Zakres spektralny kamery . . . 34

1.5 Termografi a aktywna . . . 35

1.6 Termografi a mikroskopowa . . . 37

2. WYKORZYSTANIE TERMOWIZJI W DZIAŁANIACH TAKTYCZNYCH PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ . . . 39

2.1 Rys historyczny . . . 30

Początki termowizji i termometrii w ochronie przeciwpożarowej . . 30

Pierwsze kamery w Państwowej Straży Pożarnej . . . 40

Pirometry w Państwowej Straży Pożarnej . . . .41

Przełomowy rok 1997 . . . 43

2.2 Wykorzystanie kamer termowizyjnych w pożarach wewnętrznych . . . 45

Aktualny stan wyposażenia Państwowej Straży Pożarnej w kamery termowizyjne . . . 45

Szkolenie . . . 52

Rozpoznanie pożarowe . . . 52

Lokalizacja źródeł ognia w zsypach . . . 56

Widzialność w warunkach zadymienia . . . 58

Przeszukiwanie zadymionych pomieszczeń . . . 60

Kamera ułatwia pracę ratownikom . . . 63

Statystyka wykorzystania kamer . . . 69

Podsumowanie . . . 72

2.3 Kamery termowizyjne w działaniach ratowniczych, prewencyjnych i innych . . . 73

Powodzie . . . 73

Ewakuacja . . . 73

Zapobieganie rozprzestrzenianiu się chorób zakaźnych . . . 76

Wykrywanie kłamstw . . . .77

3. BADANIA ROZWOJU POŻARU SAMOCHODU

Z WYKORZYSTANIEM TERMOWIZJI . . . .81

3.1 Pożary samochodów osobowych . . . .81

Wybrane pojęcia i defi nicje opisujące rozwój pożaru . . . .81

Fazy rozwoju pożaru . . . 84

Liczba pożarów samochodów osobowych w Polsce . . . 85

Zestawienie przyczyn powstawania pożarów samochodów osobowych . . . 87

Wady fabryczne . . . 88

Wady będące konsekwencją niefachowych napraw i przeróbek . . . 89

Potencjalne źródła pożaru . . . 89

Gaszenie pożaru samochodu . . . .91

Zagrożenia dla ratowników . . . 92

3.2 Badania poligonowe rozwoju pożaru samochodu osobowego z wykorzystaniem termowizji . . . 93

Stanowisko pomiarowe . . . 93

Zaprószenie ognia w przedziale osobowym . . . 96

Koktajl Mołotowa . . . 97

Specyfi ka pożaru samochodu osobowego . . . 100

Przykładowy przebieg spalania samochodu osobowego . . . 101

Wyznaczanie emisyjności karoserii . . . 105

Pomiary emisyjności karoserii w testach pożarowych . . . .111

Pomiary emisyjności szyb w testach pożarowych . . . 113

Instalacja LPG . . . 116

I próba pożarowa na samochodzie osobowym zasilanym gazem LPG . . . 118

II próba pożarowa na samochodzie osobowym zasilanym gazem LPG . . . 120

III próba pożarowa na samochodzie osobowym zasilanym gazem LPG . . . 122

Zabezpieczenie kabiny osobowej przed przejściem

ognia z zewnątrz . . . 126

Moc pożaru samochodu osobowego . . . 131

3.3 Pożary autobusów . . . 137

4. BADANIA POŻARÓW POKRYWY GLEBY Z WYKORZYSTANIEM TERMOWIZJI . . . 143

Podsumowanie i wnioski . . . 154

Literatura . . . 159

Akty prawne i normy . . . 172

Źródła internetowe . . . 173

Spis tabel . . . 173

WSTĘP

WSTĘP

Odkrycie promieniowania podczerwonego przez Sir Williama Herschela było początkowo tylko ciekawostką naukową. Stało się wielkim wydarzeniem dopiero wtedy, gdy znalazło zastosowania praktyczne. Trzeba było inwencji twórczej i wielu lat badań, aby na bazie odkrycia Herschela powstała kamera termowizyjna. Początkowo promieniowaniem temperaturowym, jak wów-czas nazywano promieniowanie podczerwone, zainteresowanie przejawiali tylko fi zycy. Po drugiej wojnie światowej zastosowaniami promieniowania podczerwonego zainteresowało się wojsko. Do wygrania wojny walnie przy-czynił się radar, który był instrumentem jedynie wspomagającym działania. Podobną rolę mogła odegrać termowizja, która bazuje na promieniowaniu cieplnym emitowanym przez obiekt. Mierząc i analizując to promieniowanie, można wykryć i zidentyfi kować obiekt. Technika podczerwieni rozwinęła się dzięki wielkim nakładom na zastosowania wojskowe.

Termowizja znalazła zastosowanie we wszystkich dziedzinach życia: nauce, technice, rolnictwie, medycynie, ochronie granic, pożarnictwie. Początkowo z kamer termowizyjnych korzystały tylko bogate zakłady przemysłowe: petro-chemie, zakłady azotowe, huty, kopalnie węgla kamiennego. W straży pożar-nej decydenci śledzili rozwój termowizji i  znajdowali środki fi nansowe na zakup kamer do testowania i badań. Prawdziwy wzrost liczby użytkowników kamer termowizyjnych rozpoczął się około 25 lat temu, dzięki opracowaniu wydajnych, niechłodzonych detektorów i spadkowi cen [1, 2, 93, 123, 125, 207]. Obecnie kamery termowizyjne stają się coraz bardziej popularne [26, 41, 52,

53, 102, 208]. Można już je kupować jako dodatek do telefonu komórkowego. Znajdują się równeż na wyposażeniu luksusowych samochodów osobowych. Firmy produkcyjne opracowały obserwacyjne kamery termowizyjne specjal-nie dostosowane do działań prowadzonych przez strażaków. Strażacy zaak-ceptowali je i chętnie z nich korzystają. W niedługim czasie kamera znajdzie się na wyposażeniu każdego samochodu ratowniczo-gaśniczego. Strażacy dostali do dyspozycji nowy, dobrze dostosowany do warunków pożarowych instrument. Aby przynosił efekty, należy właściwie z niego korzystać. Kamera termowizyjna traktowana jest czasami jako rodzaj aparatu fotografi cznego. Należy zawsze pamiętać, że aparat fotografi czny bazuje na promieniowaniu (widzialnym) odbitym od obiektu. Kamera termowizyjna rejestruje niewi-dzialne promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt. Natężenie promieniowania emitowanego przez obiekt zależne jest od temperatury i  stanu po wierzchni. Po przetworzeniu sygnału otrzymujemy na ekranie wyświetlacza czarno-biały lub kolorowy obraz przedstawiający rozkład tem-peratury na powierzchni obiektu, a nie widok powierzchni. Odcienie szaro-ści lub kolory dobiera operator – według swojego uznania i potrzeb. Strażak nie musi znać dogłębnie tajników termografi i, ale powinien umieć świado-mie posługiwać się kamerą.

Kamera termowizyjna mierzy z bardzo dużą rozdzielczością różnicę tempe-ratury, natomiast wartość temperatury obarczona jest znacznym błędem. Strażacy mogą zaufać kamerze, gdy mierzą zmiany temperatury, ale muszą być ostrożni, gdy chcą poznać jej wartość bezwzględną [10, 45, 98, 213]. Strażakom zatrudnionym w  jednostkach ratowniczo-gaśniczych (JRG) potrzebny jest prosty w obsłudze i niezawodny sprzęt oraz podstawowe prze-szkolenie. Strażacy zatrudnieni w specjalistycznych jednostkach, którzy dys-ponują kamerami pomiarowymi, muszą bardziej zgłębić zasady termografi i. Ofi cerowie Państwowej Straży Pożarnej (PSP) zdobywają podstawy teore-tyczne termowizji na studiach magisterskich w  Szkole Głównej Służby Pożarniczej (SGSP). Ponadto korzystają ze szkoleń, które oferują dostawcy kamer. Zwykle sprzedaż połączona jest z  przeszkoleniem, którego zakres określa użytkownik. Dla uzupełnienia wiedzy, pomocna może być również przedstawiona monografi a.

Dotychczas nie ukazało się w Polsce opracowanie całościowe obejmujące zasto-sowania termowizji w  pożarnictwie. Istnieje potrzeba takiego opracowania

dla potrzeb ratowników posługujących się kamerami i studentów SGSP. Tego rodzaju opracowania istnieją dla zastosowań naukowych [213], wojskowych [81, 82], przemysłowych [98], budowlanych [219, 220], medycznych [58, 59, 103]. W prezentowanej monografi i skupiono się głównie na zastosowaniach termowizji w  działaniach ratowniczo-gaśniczych i  badaniach rozwoju pożaru. W publikacji przedstawiono wyniki wieloletnich badań prowadzo-nych w  SGSP według założonego programu, realizowaprowadzo-nych przy współ-udziale studentów. Byli nimi głównie dyplomanci niestacjonarnych studiów magisterskich na Wydziale Inżynierii Bezpieczeństwa Pożarowego, z co naj-mniej kilkuletnią praktyką na stanowiskach ofi cerskich w JRG, znający swój fach i  mający świeże spojrzenie na sposób funkcjonowania straży pożar-nych. Praca studentów polegała na zbieraniu z terenu informacji na temat sposobów wykorzystania termowizji w  działaniach ratowniczo-gaśniczych oraz uczestnictwie w  badaniach rozwoju pożaru, prowadzonych w  SGSP. Studenci uczestniczyli w badaniach nad optymalizacją wykorzystania termo-wizji w działaniach gaśniczych w pomieszczeniach [21, 29, 66, 79, 108], kon-troli izolacji cieplnej pomieszczeń [111, 122] oraz w  badaniach rozwoju pożarów zewnętrznych: pożaru samochodu osobowego [3, 4, 17, 34, 104, 211, 226], pożaru pokrywy gleby [175, 176,177, 179,185, 199, 201].

W  pierwszym rozdziale monografi i przedstawiono podstawy fi zyczne ter-mowizji oraz jej zastosowań. W kolejnych rozdziałach opisano historię roz-woju termowizji w  Państwowej Straży Pożarnej. Dokonano oceny doboru i  wykorzystania sprzętu termowizyjnego, z  którego korzystają strażacy. Przedstawiono wnioski dotyczące oczekiwań w zakresie nowych rozwiązań poprawiających efektywność działań. Opisano przykłady działań gaśniczych w  pożarach wewnętrznych z  wykorzystaniem termowizji. Przeanalizowano taktykę działań pod kątem jej optymalizacji. Zaprezentowano wyniki ekspery-mentalnych badań dynamiki rozwoju pożarów zewnętrznych z wykorzysta-niem kamer termowizyjnych: pożaru samochodu osobowego, pożaru traw. Opisano znaczną liczbę prób pożarowych w pełnej skali, przeprowadzonych na poligonach. Opis udokumentowano fotografi ami.

1. PODSTAWY TERMOWIZJI

PODSTAWY TERMOWIZJI

1.1 PODSTAWOWE PRAWA I DEFINICJE

Natura i zakres widmowy promieniowania podczerwonego

Promieniowanie podczerwone jest częścią promieniowania optycznego. Jego fale są dłuższe od fal promieniowania widzialnego i krótsze od 1 mm. Promieniowanie to jest generowane przez ruch termiczny cząsteczek. Emituje je każde ciało, którego temperatura jest większa od zera bezwzględnego.

Promieniowanie podczerwone jest falą elektromagnetyczną. W próżni rozchodzi się z prędkością c = 299792458 m/s. Przedział widmowy promieniowania podczerwo-nego zwykle dzieli się na trzy zakresy:

– IR-A bliska podczerwień (0,78 μm – 1,4 μm), – IR-B średnia podczerwień (1,4 μm – 3 μm), – IR-C daleka podczerwień (3 μm – 1000 μm).

Podstawy teoretyczne termowizji stworzyli: William Herschel, Gustav Robert Kirch-hoff , Max Planck, Wilhelm Wien, Josef Stefan. Promieniowanie podczerwone odkrył Sir William Herschel, znany astronom z  przełomu XVIII i  XIX wieku (odkrywca planety Uran). Odkrył je przypadkowo. Badał zjawisko rozszczepienia światła sło-necznego przez pryzmat. Interesowało go oddziaływanie cieplne światła o  różnej barwie. Postawił pytanie: który rodzaj światła wykazuje największe oddziaływanie cieplne? Aby na nie odpowiedzieć, umieścił termometry w miejscach padania świa-tła o różnych barwach. Po pewnym czasie zaobserwował, że termometry wskazywały różną temperaturę. Najbardziej nagrzał się termometr, który leżał poza zasięgiem strumienia rozszczepionego światła od strony światła o barwie czerwonej, przypad-kowo zostawiony tam przez Herschela. Wywnioskował, że termometr nagrzał się od niewidzialnego promieniowania nie mieszczącego się w  zakresie widma światła. Nazwał to promieniowanie „niewidzialnym widmem termometrycznym”.

Podstawowe wielkości charakteryzujące promieniowanie Strumień energetyczny Φ, W

Strumień energetyczny lub strumień promienisty określa moc wysyłaną, przeno-szoną lub przyjmowaną w postaci promieniowania [233].

Ilość energii promienistej Q, J obliczamy z zależności [233]:

(1.1)

gdzie: t – czas, s.

Luminancja energetyczna L, W/(m2_sr)

Luminancja energetyczna określa strumień promienisty wysyłany z jednostkowego pola powierzchni w jednostkowy kąt przestrzenny, obejmujący określony kierunek (rys. 1.1) [233].

(1.2)

gdzie:

dA – element pola powierzchni emitującej promieniowanie, m2_,

Θ – kąt między normalną do elementu powierzchni i kierunkiem wiązki promienio-wania, rad,

dΩ – kąt przestrzenny, sr.

Rysunek 1.1. Luminancja energetyczna

Źródło: opracowanie własne.

Egzytancja energetyczna M, W/m2

Egzytancja energetyczna określa wartość strumienia promienistego, wysyłanego w półprzestrzeń, z jednostkowego pola elementu powierzchni [233].

(1.3)

Egzytancja energetyczna monochromatyczna M_λ, W/(m2_{·m), W/(m}2_·μm)

Egzytancja energetyczna monochromatyczna określa wartość strumienia promieni-s tego, który zawiera promieniow anie leżące w  jednopromieni-stkowym przedziale długości fali, wysyłanego w półprzestrzeń z jednostkowego elementu powierzchni.

Prawo Plancka

Wzór na emisję promieniowania cieplnego wyprowadził Max Planck na gruncie teo-rii kwantowej, którą sam stworzył [8]. Fizycy w XIX wieku pracowali nad ilościowym opisem emisji promieniowania cieplnego, w oparciu o termodynamikę klasyczną, ale nie osiągnęli rezultatu. Udało się to dopiero około 1900 r. Planckowi. W opraco-wanej przez siebie teorii kwantowej założył, że ciało promieniuje energię porcjami (kwantami), a nie w sposób ciągły, jak zakładała termodynamika klasyczna. Wzór Plancka dla promieniowania temperaturowego ma postać [46]:

(1.4) gdzie: c = 299792458 m/s, wartość dokładna [238], λ – długość fali, m, h = (6,6260693± 0,0000011)·10–34 _{J/Hz – stała Plancka [238],} k = (1,3806505±0, 0000024) ·10–3 _{J/K – stała Boltzmanna [238].}

Na rysunku 1.2. przedstawiono rozkłady egzytancji energetycznej promieniowania obiektów o różnych temperaturach.

Rysunek 1.2. Egzytancja energetyczna promieniowania obiektów znajdujących się w różnych

temperaturach

Ciało doskonale czarne

Prawo Plancka dotyczy promieniowania emitowanego przez ciało doskonale czarne. Ciałem doskonale czarnym jest wyidealizowany obiekt, który całkowicie pochłania promieniowanie o wszystkich długościach fali. Modelem ciała doskonale czarnego może być wnęka wydrążona w  bryle węgla, z  niewielkim otworem (rysunek 1.3.) [46]. Promieniowanie wpadające przez otwór do wnęki jest wielokrotnie odbijane od jej ścianek. Przy każdym odbiciu pochłaniane jest około 98% energii. Otwór musi być mały, aby zapewnić równowagę termodynamiczną, w której ilość energii pochła-nianej jest równa ilości energii wypromieniowywanej przez ś cianki wnęki. W takim przypadku mówimy, że otwór wnęki emituje promieniowanie zrównoważone ciała doskonale czarnego. Takie promieniowanie opisuje wzór Plancka.

Rysunek 1.3. Model ciała doskonale czarnego

Źródło: opracowanie własne.

Do kalibracji sprzętu niezbędny jest wzorzec ciała doskonale czarnego. Na rysunku 1.4. przedstawiono fotografi ę wzorcowego promiennika podczerwieni służącego jako „ciało doskonale czarne” do weryfi kacji wskazań pirometru podczerwieni [10, 46].

Rysunek 1.4. Weryfi kacja wskazań pirometru za pomocą „ciała doskonale czarnego”

Ciało doskonale czarne cechuje najwyższa emisyjność. Wszystkie rzeczywiste ciała mają emisyjność mniejszą od ciała doskonale czarnego. Emisyjność defi niujemy jako iloraz egzytancji energetycznej danego ciała i  egzytancji energetycznej ciała doskonale czarnego, znajdujących się w tej samej temperaturze [46].

(1.5)

gdzie:

ε

T– emisyjność w temperaturze T,

M_T – egzytancja danego ciała w temperaturze T,

M_cc,T – egzytancja ciała doskonale czarnego w temperaturze T.

Emisyjnością całkowitą nazywamy emisyjność określoną dla całego zakresu widmo-wego promieniowania, tj.

λ

∊(0,∞). Emisyjności całkowitej nie stosuje się w mier-nictwie termografi cznym, ponieważ termografi a w podczerwieni wykorzystuje tylko wąski zakres widmowy [195].

Dla ciała doskonale czarnego emisyjność

ε

= 1. Dla pozostałych ciał

ε

< 1.

Dla ciał barwowych emisyjność zależy od długości fali

ε

= f(

λ

).

Dla ciał szarych emisyjność nie zależy od długości fali. Dla całego zakresu promie-niowania jest taka sama

ε

(

λ

) = const.

Na rysunku 1.5. przedstawiono wykresy ilustrujące egzytancję energetyczną ciał sza-rych i barwnych w porównaniu z egzytancją ciała doskonale czarnego.

1 – ciało doskonale czarne, 2 – ciało szare, 3 – ciało barwowe.

Rysunek 1.5. Zależność egzytancji energetycznej od długości fali

dla 1 – ciała doskonale czarnego, 2 – szarego, 3 – barwowego

Prawo Stefana-Boltzmanna

Egzytancja całkowita ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do temperatury bezwzględnej w czwartej potędze [4 6].

(1.6)

gdzie:

σ

= (5,670400±0,000040)·10–8 _W∙m–1_∙K–4 _{– stała Stefana-Boltzmanna,}

T – temperatura, K.

Prawo Stefana-Boltzmanna można stosować również do ciał szarych, jeśli znamy ich emisyjność. Dla ciała szarego:

(1.7)

Prawo przesunięć Wiena

Ze wzrostem temperatury położenie maksimum emisji promieniowania przesuwa się w stronę fal krótszych (rysunek 1.2), zgodnie ze wzorem [46]:

(1. 8)

gdzie:

λ

m,

μ

m – długość fali, której odpowiada maksimum egzytancji energetycznej

w roz-kładzie widmowym promieniowania,

b = (2,897768±0,0000015)∙10–3 _{m·K – stała przesunięć Wiena [234].}

Prawo Kirchhoffa

Gustaw Kirchhoff odkrył związek między zdolnością emisyjną ciała i jego zdolno-ścią absorpcyjną. Ciało, które silnie pochłania energię promieniowania, również sil-nie emituje to promieni owasil-nie. Prawo Kirchhoff a mówi, że dla dowolnego ciała stosunek jego spektralnej egzytancji energetycznej do spektralnego współczynnika absorpcji jest uniwersalną funkcją długości fali i temperatury ciała [46]:

Z prawa tego wynika, że emisyjność ciała jest równa pochłanialności dla tej samej długości fali, w tej samej temperaturze:

(1.10)

Promieniowanie padające na ciało może zostać odbite, pochłonięte lub przepusz-czone (rysunek 1.6).

Rysunek 1.6. Ilustracja prawa Kirchhoff a: r – odbijalność (współczynnik odbicia),

a – pochłanialność (współczynnik absorpcji),

τ

– przepuszczalność (współczynnik transmisji)

Źródło: opracowanie własne.

Bilans energii promieniowania przedstawia zależność:

(1.11) gdzie: E_p – energia padająca, J, E_r – energia odbita, J, E_a – energia pochłonięta, J, E – energia przechodząca, J. Dzieląc przez Ep otrzymujemy:

Oznaczamy:

– odbijalność (współczynnik odbicia)

= r – odbijalność (współczynnik odbicia) (1.13)

– pochłanialność (współczynnik absorpcji)

= a − pochłanialność (współczynnik absorpcji) (1.14)

– przepuszczalność (współczynnik transmisji)

=

τ

−przepuszczalność (współczynnik transmisji) (1.15)

r + a +

τ

= 1 (1.16)

Dla ciała doskonale czarnego:

ε

= 1, a = 1, r = 0,

τ

= 0

Dla ciała zwierciadlanego („doskonale białego”):

ε

= 0, a = 0, r = 1,

τ

= 0

1.2

WYBRANE DETEKTORY PROMIENIOWANIA

CIEPLNEGO

Termopary radiacyjne

Detektory podczerwieni są przetwornikami energii promieniowania podczerwo-nego na inną wielkość fi zyczną. Promieniowanie padające na detektor generuje prąd elektryczny, różnicę potencjałów, ładunek elektryczny lub zmianę rezystancji. Istnieją dwa zasadnicze rod zaje detektorów: termiczne (termoelektryczne , bolome-tryczne, piroelektryczne) i fotonowe (fotorezystory, fotodiody, fotokatody, detektory na studniach kwantowych QWIP – Quantum Well Infrared Photodetector).

Detektory termoelektryczne (termopary radiacyjne) działają na zasadzie zjawiska Seebecka, które polega na powstawaniu różnicy potencjałów na styku dwóch róż-nych metali, stopów metali lub półprzewodników. Termoelement składa się z dwóch przewodników wykonanych z  różnych materiałów i  złączonych ze sobą (rysunek 1.7). Jeśli złącza będą znajdowały się w różnej temperaturze, to w obwodzie powsta-nie siła termoelektryczna E, określona wzorem Seebecka [8].

(1.17)

gdzie:

α

– stała Seebecka, μV/K,

T_p – temperatura złącza pomiarowego, K, °C, T_o – temperatura odniesienia, K, °C.

Rysunek 1.7. Schemat termoelementu

Źródło: opracowanie własne.

Termopary radiacyjne zwykle zawierają stos szeregowo połączonych termoelemen-tów cienkowarstwowych. Przewody w  postaci drutermoelemen-tów zbyt długo nagrzewają się. Znacznie mniejszą pojemność cieplną uzyskuje się, zastępując je cienkimi war-stwami. Cienkowarstwowe termopary radiacyjne mają czas reakcji krótszy od 1 s. Promieniowanie cieplne pada na powierzchnię aktywną. Zaabsorbowana energia ogrzewa złącza aktywne. Złącza odniesienia znajdują się pod powierzchnią i  cza-sami są chłodzone wodą.

Czułość termopar radiacyjnych jest niewielka. Termopary te mają dużą pojemność cieplną i stąd dość długi czas reakcji. Są zatem mało przydatne w systemach obrazo-wych. Duża stała czasowa i  niewielka czułość nie przeszkadza w  zastosowaniach tych detektorów do pomiaru strumieni cieplnych. Na rysunku 1.8 przedstawiono fotografi e termopar radiacyjnych. Czujnik pojedynczy przeznaczony jest do pomiaru całkowitego strumienia cieplnego, a czujnik podwójny do pomiaru promieniowania i całkowitego strumienia cieplnego.

Rysunek 1.8. Termopary radiacyjne fi rmy Captec

Na rysunku 1.9. przedstawiono fotografi ę czujnika promieniowania cieplnego chło-dzonego wodą.

Rysunek 1.9. Czujniki promieniowania cieplnego chłodzonego wodą

Źródło: materiały informacyjne fi rmy Huksefl ux.

Detektory bolometryczne

W  ostatnim dziesięcioleciu zdecydowana większość kamer przemysłowych budo-wana jest na detektorach bolometrycznych. Cechą tych detektorów jest brak koniecz-ności ich chłodzenia i  stosunkowo niska cena, przy zachowaniu wysokich parametrów pomiarowych. Zaletą detektorów bolometrycznych jest brak wpływu długości fali na ich czułość. W celu stabilizacji warunków pracy kamery, stosuje się chłodzenie elementami termoelektrycznymi opartymi na zjawisku Peltiera, które zapewniają sta łą temperaturę pracy detektora i innych elementów kamery termowi-zyjnej. Na rysunku 1.10 przedstawiono schemat bolometru rezystancyjnego, będą-cego składnikiem matrycy detektorów. Promieniowanie pada na element aktywny i jest w nim częściowo pochłonięte, powodując wzrost temperatury.

Rysunek 1.10. Schemat bolometru rezystancyjnego

Źródło: opracowanie własne.

Dla zwiększenia czułości, przechodzące promieniowanie odbija się od zwierciadlanej powierzchni umieszczonej w  odległości ¼λ, czyli około 2,5 μm dla kamery LWIR

(ang. Long Wavelength Infra Red), która pracuje w zakresie spektralnym 7 – 14 μm. W tego rodzaju bolometrach warstwa, której rezystencja reaguje na zmianę tempe-ratury, wykonana jest z tlenku wanadu lub amorfi cznego krzemu. Warstwy są bar-dzo cienkie, aby zapewnić jak najmniejszą bezwładność temperaturową bolometru i krótką stałą czasową detektora. W porównaniu do detektorów fotonowych, detek-tory bolometryczne są powolne. Nie nadają się do badania bardzo szybkich proce-sów. Matryce komercyjnych kamer termowizyjnych zawierają od 120 x 240 do około 1024 x 1024 elementarnych detektorów. Matryce detektorów wraz z układem elektro-nicznym zamknięte są w  ochronnej obudowie próżniowej. Z  chwilą pogorszenia próżni, należy się liczyć z pogorszeniem parametrów kamery. Obecnie kamery dla zastosowań cywilnych w  zdecydowanej większości zbudowane są na matrycach detektorów bolometrycznych. Na rysunku 1.11 przedstawiono fotografi ę kamery ter-mowizyjnej z  detektorem bolometrycznym opracowanej przez zespół Instytutu Elektroniki Politechniki Łódzkiej pod kierunkiem prof. dr. hab. inż. Bogusława Więcka [214].

Rysunek 1.11. Kamera termowizyjna z detektorem bolometrycznym opracowana przez

zespół Instytutu Elektroniki Politechniki Łódzkiej

Źródło: [214].

Detektory piroelektryczne

Zjawisko piroelektryczne polega na polaryzacji dielektryka pod wpływem zmiany temperatury. Zmiana temperatury wywołana zabsorbowaną energią promieniowa-nia padającego na powierzchnię kryształu piroelektrycznego powoduje powstanie ładunku elektrycznego. Zjawisko to wykorzystuje się w  detektorach ruchu, które reagują na zmianę wartości temperatury. Aby zmierzyć energię promieniowania i na tej podstawie wyznaczyć temperaturę, trzeba stosować modulację wiązki pada-jącego promieniowania. Materiały piroelektryczne są tanie. Dlatego stosuje się je w  czujkach ruchu antyintruzowych. Wykrywają ruchome obiekty cieplne: ludz i, zwierzęta, pojazdy, płomienie. Przed rozpowszechnieniem się detektorów bolome-trycznych, detektory piroelektryczne stosowano w kamerach obserwacyjnych.

Fotorezystory

Fotorezystory działają na zasadzie zjawiska fotoelektrycznego wewnętrznego w pół-przewodniku. Fotony promieniowania padającego na kryształ uwalniają elektrony z pasma walencyjnego lub elektrony i dziury z poziomów domieszkowych w prze-rwie wzbronionej. Powoduje to wzrost przewodności półprzewodnika. Liczba uwal-nianych nośników prądu rośnie wykładniczo ze wzrostem temperatury, dlatego zmiana rezystancji jest bardzo duża. W opisanych wcześniej detektorach termicz-nych była to zależność liniowa. Współczynnik zmian rezystancji dla nich nie prze-kraczał 5%/K. Dla półprzewodników może on być tysiące razy wyższy. Ze względu na małą energię fotonów promieniowania podczerwone go, do detekcji trzeba stoso-wać półprzewodniki z bardzo wąską przerwą wzbronioną, takie jak antymonek indu (InSb) czy TCR – tellurek kadmowo-rtęciowy (HgCdTe). Energia fotonu promienio-wania o  długości fali λ = 10 μm jest wystarczająca do uwolnienia elektronu lub dziury w takim półprzewodniku. Ale półprzewodniki te w pokojowej temperaturze mają w dużej części już opróżnione poziomy energetyczne w wyniku pobudzenia termicznego. Dlatego konieczne jest chłodzenie. Detektor jest chłodzony do tempe-ratury ciekłego azotu 77 K. Aby osiągnąć niski poziom szumów i wysoką wykrywal-ność, detektor musi być chroniony przed wpływem promieniowania otoczenia. W początkowym okresie rozwoju termowizji detektory fotonowe chłodzono ciekłym azotem. Detektor umieszczano w próżni na palcu naczynia Dewara, które zalewano ciekłym azotem. Używano również chłodziarek Peltiera w układzie szeregowym, dla osiągnięcia możliwie niskiej temperatury. Duże zużycie energii elektrycznej przez chłodziarki Peltiera ogranicza pracę w terenie przy zasilaniu z baterii. Obecnie sto-suje się chłodziarki Stirlinga opracowane przez NASA. Mają centymetrowe wymiary i osiągają temperaturę ciekłego azotu 77 K w ciągu kilku minut. Zasilane są z aku-mulatorów. Wadą jest wysoki koszt rzutujący na cenę kamery.

Detektory fotonowe są bardzo czułe i mają niski poziom szumów. Są bardzo szyb-kie. Procesy uwalniania nośników prądu następują z  prędkością światła. Reakcja detektora ograniczona jest czasem życia uwolnionych nośników prądu, który jest bardzo krótki, mierzony w  nanosekundach. W  detektorach cieplnych procesy nagrzewania trwają milisekundy lub dłużej i stanowią ograniczenie dla szybkości reakcji detektora. Czułość detektora fotonowego zależy od długości fali. Spektralny zakres czułości jest określony szerokością przerwy wzbronionej użytego półprze-wodnika, położeniem jego poziomów domieszkowych i temperaturą pracy. Selek-tywność detektora zawęża możliwość obserwacji tylko do wąskiego spektrum. Jest to poważna niedogodność dla konstruktorów kamer.

Kamery na detektorach fotonowych są znacznie droższe od kamer na detektorach termicznych zawierających matryce o tych samych wymiarach. Różnica wynika gów-nie z kosztu układu chłodzenia detektora (sprężarki Stirlinga) i wysokiego kosztu detektora półprzewodnikowego z wąską przerwą wzbronioną. Detektory TCR zawie-rają roztwór stały trzech pierwiastków, który w  przeciwieństwie do związku che-micznego nie jest układem znajdującym się w stanie minimum energii i przez to

stabilnym. Technolodzy od kilkudziesięciu lat mają kłopoty z wytworzeniem detek-torów TCM, których parametry nie będą zmieniać się w czasie.

Detektory fotowoltaiczne

Do detekcji promieniowania wykorzystuje się efekt fotowoltaiczny na złączu p-n półprzewodnika lub na złącza Schottky’ego. W półprzewodniku typu n liczbę dodat-nio naładowanych donorów równoważy elektrycznie liczba elektronów. W rezultacie półprzewodnik jest elektrycznie obojętny. W półprzewodniku typu p liczbę ujemnie naładowanych akceptorów równoważy elektrycznie liczba dziur, traktowanych jako cząstki naładowane dodatnio. Po zetknięciu tych półprzewodników następuje rekombinacja w okolicy złącza p-n. Elektrony łączą się z dziurami i znikają. Po obu stronach złącza powstają obszary zubożone w nośniki prądu. Ponieważ liczba dodat-nich donorów po stronie półprzewodnika typu n pozostaje niezmieniona, to ta część półprzewodnika ładuje się dodatnio. Po stronie półprzewodnika typu p maleje liczba dodatnich dziur, przy zachowaniu tej samej liczby ujemnych akceptorów. W rezultacie półprzewodnik typu p ładuje się ujemnie. Dla uproszczenia przyjęto, że atomy domieszek mogą jonizować się tylko jednokrotnie. Na zubożonym w  nośniki prądu złączu powstaje bariera potencjału. Po stronie półprzewodnika typu n potencjał jest wyższy, a po stronie typu p niższy.

Fotony pochłonięte w pobliżu złącza p-n wytwarzają pary elektron-dziura. Elektrony poruszają się w kierunku potencjału wyższego, a dziury niższego. W efekcie gene-rowany jest prąd elektryczny, który płynie w kierunku od n do p. Elementy fotowol-taiczne mają tak dużą wydajność, że stosuje się je powszechnie jako przetworniki energii świetlnej w elektryczną, w kolektorach słonecznych. Stosuje się je również w czujkach pożarowych.

Fotokatody

Zanim nastąpił rozwój technologii półprzewodników i  obwodów scalonych, do detekcji promieniowania elektromagnetycznego, w tym podczerwonego, stosowano fotokatody. Stosowano je na szeroką skalę w noktowizorach. Fotokatoda jest odmianą lampy elektronowej, której zasada działania polega na zamianie padających na foto-katodę fotonów w  zwielokrotniony strumień elektronów. Na skutek przyłożonego wysokiego napięcia elektrony przyspieszają, by następnie uderzyć w ściankę lampy pokrytą luminoforem. Energię pochłoniętą w wyniku uderzenia elektronu luminofor oddaje poprzez emisję światła w  paśmie widzialnym, podobnie jak ma to miejsce w kineskopach telewizyjnych.

Detektory QWIP (Quantum Well Infrared Photodetector)

Detektory QWIP działają na studniach kwantowych. Studnie powstają w  strukturze dwóch półprzewodników. Jeden z nich ma szeroką przerwę wzbronioną i jest domiesz-kowany, a  drugi ma przerwę wąską, np. GaAs i  Al_xGa_1-xAs. W  studniach potencjału znajdują się dyskretne poziomy energetyczne. Są one obsadzane przez elektrony domieszkowane go półprzewodnika. Wykorzystuje się je do absorpcji promieniowania,

w wyniku której elektrony przechodzą do pasma przewodnictwa i umożliwiają prze-pływ prądu. Analogiczne procesy zachodzą w  przypadku półprzewodnika typu p. Wydajność kwantowa tego efektu jest niewielka. Ze względu na niską czułość, zachodzi konieczność wydłużenia czasu integracji. Zwiększenie czułości osiąga się przez tworzenie struktur zawierających kilkadziesiąt studni kwantowych. Struktury ze studniami kwantowymi cechuje wysoka jednorodność. Struktury ze studniami kwantowymi stosuje się również do wytwarzania detektorów wielobarwnych. Detektory QWIP zostały opracowane przez fi rmę AT&T na początku lat 90. ubie-głego wieku. Obecnie detektory t e stosowane są na coraz szerszą skalę w wysokiej jakości kamerach termowizyjnych. Nastąpił duży postęp w rozwoju technologii tych detektorów i wzrost zastosowań. Detektory QWIP wymagają chłodzenia poniżej 77 K. Chłodzi się je za pomocą sprężarek Stirlinga.

1.3

BUDOWA I ZASADA DZIAŁANIA KAMERY

TERMOWIZYJNEJ

Zasada działania kamery termowizyjnej

Istnieje pewne podobieństwo między działaniem kamery termowizyjnej i  cyfrowego aparatu fotografi cznego. Promieniowanie podczerwone emitowane przez obiekt wcho-dzi do obiektywu kamery, w którym ulega załamaniu, podobnie jak światło w aparacie fotografi cznym i tworzy obraz na matrycy detektorów. Oprócz podobieństwa, istnieją zasadnicze różnice, które wymagają od operatora odpowiedniej wiedzy i umiejętności. Kamera termowizyjna bazuje na promieniowaniu emitowanym przez obiekt. Promie-niowanie odbite tylko zakłóca pomiar i  obserwację. Natomiast aparat fotografi czny bazuje na promieniowaniu odbijanym przez obiekt. Promieniowanie podczerwone obejmuje przedział spektralny leżący poza zakresem czułości oka. Konieczne jest zatem przetworzenie sygnału. Obiektywy stosowane w aparatach fotografi cznych są nieprzy-datne, bo szkło nie przepuszcza promieniowania podczerwonego. Układy optyczne muszą być wykonane z kosztownych materiałów, takich jak german czy krzem.

Detektor kamery termowizyjnej rejestruje moc promieniowania emitowanego z określonego elementu powierzchni obiektu. Układ elektroniczny przetwarza ten sygn ał na wartość temperatury, przy wykorzystaniu pra wa Stefana-Boltzmanna. Rzeczywiste obiekty nie są ciałami doskonale czarnymi, potrzebna jest zatem zna-jomość ich emisyjności

ε

dla zakresu spektralnego, w  którym pracuje kamera. W  początkach rozwoju termowizji do detekcji promieniowania stosowano detek-tory pojedyncze, których technologia jest prostsza i tańsza. Detekdetek-tory te wymagają stosowania optycznych układów skanowania w dwóch płaszczyznach. Zastosowa-nie detektorów linijkowych zredukowało potrzebę skanowania do jednej płaszczy-zny. Układy skanowania zawierają bardzo precyzyjne, ruchome elementy mechaniczne, podatne na uszkodzenia. Są bardzo wrażliwe na wstrząsy. Z powo-dzeniem stosuje się je w  kamerach stacjonarnych. Natomiast kamera przenośna nie powinna zawierać żadnych ruchomych elementów, jeśli ma być niezawodna. Szczególnie dotyczy to kamer pracujących w środowisku pożarowym.

Kamery z  pojedynczym detektorem mają unikalne właściwości metrologiczne. Wszystkie punkty pomiarowe mają identyczne parametry metrologiczne. W przy-padku matrycy każdy pojedynczy detektor może mieć inne parametry. Różnice mogą być znikomo małe, dzięki zastosowaniu odpowiedniej technologii wytwarza-nia, ale bywają znaczne. Pewna liczba detektorów jest od początku zepsuta. Dodat-kowo z upływem czasu następuje degradacja detektorów. Może nastąpić zniszczenie albo obniżenie czułości detektora. W takim przypadku łatwiej i dokładniej można przeprowadzić korektę dla jednego detektora niż dla tysięcy.

Kamery obserwacyjne i pomiarowe

Kamery termowizyjne stosowane są do obserwacji w podczerwieni i do pomiarów temperatury. Nastąpiła specjalizacja w  zależności od potrzeb. Produkowane są kamery obserwacyjne i pomiarowe. Kamery obserwacyjne są używane przez: Straż Graniczną, ratownictwo morskie, Policję, straż pożarną, kopalnie węgla kamien-nego, zakłady petrochemiczne, zakłady energetyczne, budownictwo itp. Strażacy są tą grupą użytkowników, dla których ważny jest nie tylko obraz w podczerwieni, ale również przybliżona wartość temperatury obiektu. Konstruktorzy zaspokoili potrzeby strażaków. Na rynku są dostępne kamery obserwacyjne z  wbudowanym pirometrem mierzącym temperaturę w  jednym punkcie usytuowanym pośrodku pola obserwacji. Kamery obserwacyjne są znacznie tańsze od pomiarowych, bo nie wymagają precyzyjnych układów pomiarowych i  wyspecjalizowanych detektorów. Pierwsze kamery dla służb ratowniczych konstruowano z  myślą o  obserwacji w warunkach zadymienia i zamglenia [1, 90, 92, 93, 123, 158].

Podstawowe paramet ry kamery

MDTD (Minimum Detectable Temperature Diff erence) – minimalna wykrywalna

różnica temperatury.

Charakterystykę MDTD defi niuje się jako zależność minimalnej różnicy tempera-tury testu w kształcie kwadratu lub koła i temperatempera-tury jednorodnego tła, od odwrot-ności charakterystycznego wymiaru kątowego testu, przy której doświadczony obserwator jest w stanie wykryć test [11, 15, 22, 42, 43, 137]. Test został opracowany w latach 60. ubiegłego wieku na potrzeby Armii Stanów Zjednoczonych. Pozwala na ocenę zdolności kamery obserwacyjnej do wykrywania, rozpoznawania i identyfi ka-cji celów.

MRTD (Minimum Resolvable Temperature Diff erence) – minimalna rozróżnialna

różnica temperatury.

Charakterystykę MRTD defi niuje się jako zależność minimalnej różnicy tempera-tury testu czteropaskowego i  temperatempera-tury jednorodnego tła, przy której doświad-czony obserwator jest w stanie rozróżnić cztery paski testu od częstości przestrzennej testu (rysunek 1.12). Wymiary pasków spełniają proporcję: wysokość prostokąta do jego podstawy jest jak 7:1.

Charakterystyki MDTD i MRTD są subiektywne. Wykonywane są przez jednego lub kilku [82] doświadczonych operatorów i zależą od ich predyspozycji. W SGSP zbu-dowano pod koniec lat 90. ubiegłego wieku stanowisko do pomiaru charakterystyki MRTD. Straż pożarna korzysta głównie z kamer obserwacyjnych. MRTD jest naj-ważniejszym parametrem tych kamer. Na rysunku 1.13 przedstawiono charaktery-stykę MRTD kamery Talisman i Instrumentics 760. Kamerę Talisman skonstruowano z przeznaczeniem do działań taktycznych straży pożarnej, a Inframetrics 760 była wysokiej klasy (w tamtym czasie) kamerą obserwacyjną do badań naukowych.

Rysunek 1.12. Charakterystyka MRTD

Źródło: [137].

Rysunek 1.13. Charakterystyki MRTD kamer: Talizman ISG i Inframetrics 760

NETD (Noise Equivalent Temperature Diff erence) – różnica temperatury

równo-ważna szumowi.

NETD defi niuje się jako iloraz wartości skutecznej napięcia szumów i  stosunku przyrostu napięcia sygnału do przyrostu różnicy temperatury między testem a tłem:

(1.18)

gdzie:

U_n – wartość skuteczna napięcia szumów,

ΔU_syg – przyrost napięcia sygnału wywołany przyrostem różnicy temperatury testu i tła,

T_ob – temperatura testu, T_o – temperatura tła [82].

NETD jest miarą rozdzielczości temperaturowej. Określa wartość minimalnego przyrostu temperatury, którą rozróżnia detektor. Sposób wyznaczania NETD dla nowoczesnych kamer cyfrowych można znaleźć w [213].

FOV (Field of View) – kąt widzenia dla matrycy detektorów.

IFOV (Instantaneous Field of View) – kąt widzenia dla pojedynczego piksela.

IFOV określa pole widzenia pojedynczego detektora matrycy. Pole widzenia poje-dynczego detektora przedstawiono na rysunku 1.14. Wynika z niego, że:

(1.19)

gdzie:

D – wymiar obserwowanego obiektu, D_det – wymiar detektora,

d – odległość obiektywu kamery od obiektu, f – ogniskowa obiektywu kamery.

Rysunek 1.14. Pole widzenia pojedynczego detektora

Źródło: opracowanie własne na podstawie [213].

(1.20)

Pole widzenia matrycy detektorów FOV może być inne w  kierunku obserwacji poziomej HIFOV (Horizontal Instantaneous Field of View) i pionowej VIFOV (Ver-tical Instantaneous Field of View). Dla prostokątnej matrycy zawierającej N detekto-rów w poziomie i M w pionie:

(1.21)

(1.22)

Pole widzenia pirometru podczerwieni

Dla pirometru podczerwieni IFOV = FOV, ponieważ pracuje na pojedynczym detek-torze. Pirometr uśrednia temperaturę z  całego pola widzenia. Pole powierzchni obiektu nie może być mniejsze od po la widzenia detektora. W  przeciwnym przy-padku wskazania pirometru byłyby zaniżone (zakładając, że obiekt jest cieplejszy od otoczenia). Przedstawiono to na rysunku 1.15. W charakterystyce technicznej zwy-kle podaje się wartość współczynnika odległościowego d/D, który jest stosunkiem odległości d pirometru od obiektu do minimalnej, wymaganej jego średnicy D.

a) Pomiar prawidłowy

b) Pomiar nieprawidłowy

Rysunek 1.15. Pole pomiarowe pirometru podczerwieni.

Det. – pole widzenia detektora, Ob. – pole obszaru pomiarowego,

α

– kąt widzenia detektora

Źródło: opracowanie własne.

Pirometrem możemy mierzyć temperaturę stosunkowo dużej powierzchni, np. ściany. Natomiast pirometry nie nadają się do pomiaru temperatury rozdzielni elek-trycznych, kabli, złącz elekelek-trycznych, hamulców, rolek itp. Dla ułatwienia pomiaru niektóre pirometry wyposażone są w  celowniki laserowe. Osoby nieprzeszkolone zwykle mają przeświadczenie, że pirometr mierzy temperaturę w  punkcie zazna-czonym plamką światła laserowego, a nie uśrednioną temperaturę z dosyć dużego koła wokół plamki. Nawet doświadczony operator nie ma pewności, czy pole widze-nia pirometru obejmuje obszar, który chciałby zmierzyć. Korzystając z kamery ter-mowizyjnej, widzimy zarysy obiektu i miejsce, w którym dokonujemy pomiaru. Strażacy z entuzjazmem zaakceptowali kamery termowizyjne, doceniając ich przy-datność. W początkach zastosowań termowizji kamery były bardzo drogie, niewy-godne i  technicznie niedopracowane. Próbowano zastąpić je znacznie tańszymi pirometrami. Pirometry są małe, lekkie, poręczne i  bardzo proste w  obsłudze. W  wielu przypadkach mogą w  zupełności zastąpić kamerę. Nie znalazły jednak

uznania strażaków. Specjalistom z zakresu techniki termowizyjnej trudno to zrozu-mieć. Podobno strażacy podczas pewnej akcji gaśniczej, zgodnie z  zaleceniami, użyli pirometru do poszukiwania ukrytych źródeł ognia w  silnie zadymionym pomieszczeniu. Pirometr wskazał źródło ciepła, ale był to kaloryfer, a nie zarzewie pożaru. Wieść szybko rozniosła się w środowisku i zniechęciła strażaków do piro-metrów.

Podczas gaszenia pożaru strażacy pracują w warunkach silnego stresu. Instrumenty, które mają im pomagać, muszą dawać jednoznaczną, natychmiastową odpowiedź, bo strażacy walczą z  czasem. Nie ma czasu na interpretację wskazań. Strażacy uznali, że pirometr nie spełnia ich potrzeb. Równocześnie następował szybki rozwój techniczny kamer. Spadły ich ceny, stając się akceptowalne dla budżetów komend powiatowych PSP.

W  kamery systematycznie są wysposażane JRG. Proponując urządzenia do walki z pożarem, trzeba mieć na uwadze, że strażak wchodzący do pożaru obciążony jest wielokilogramowym sprzętem i pracuje w bardzo uciążliwych warunkach. Obciąże-nie go dodatkowym sprzętem musi zostać dostateczObciąże-nie uzasadnione. Na rysunku 1.16 przedstawiono fotografi ę roty w pełnym wyposażeniu, która wchodzi do pożaru [148]. Strażak dźwiga na sobie ubranie specjalistyczne, hełm, aparat powietrzny i inne przedmioty, w tym kamerę termowizyjną.

Rysunek 1.16. Rota w pełnym wyposażeniu wchodząca do pożaru

1.4 WPŁYW OTOCZENIA

Promieniowanie emitowane przez obiekt

Termowizyjny pomiar temperatury zakłócany jest przez czynniki zewnętrzne [10, 18, 73, 74, 218]. Idealną sytuacją byłoby, gdyby 100% promieniowania wpadającego do układu optycznego kamery termowizyjnej stanowiło promieniowanie emitowane przez obserwowany obiekt. Wówczas mierząc moc promieniowania pochodzącego od poszczególnych punktów obiektu, można byłoby wyznaczyć temperaturę w tych punktach, ko rzystając z prawa Stefana-Boltzmanna. Potrzebna byłaby tylko znajo-mość emisyjności powierzchni obiektu

ε

dla zakresu spektralnego pracy kamery. Promieniowanie emitowane przez obiekt jest pochłaniane i  rozpraszane przez atmosferę na drodze od obiektu do układu optycznego kamery (rysunek 1.17) [12, 13, 61, 82, 98, 213]. Do obiektywu wchodzi promieniowanie o mniejszym natężeniu niż promieniowanie emitowane przez obiekt. Osłabienie natężenia zależy od warun-ków atmosferycznych i odległości obiektu. Producent kamery pomiarowej wprowa-dza do układu pomiarowego odpowiedni program uwzględniający czynniki, które wpływają na przepuszczalność atmosfery, takie jak: temperatura, wilgotność, zapy-lenie, ciśnienie atmosferyczne.

Rysunek 1.17. Wpływ otoczenia na strumień promieniowania

wchodzącego do obiektywu kamery termowizyjnej

Źródło: opracowanie własne.

W  poniższych rozważaniach egzytację energetyczną interpretujemy jako gęstość powierzchniową mocy promieniowania w  paśmie spektralnym pracy kamery. Do obiektywu kamery wchodzi promieniowanie emitowane przez obiekt, którego egzy-tancja jest równa:

(1.23)

gdzie:

ε

– emisyjność obiektu,

τ

– przepuszczalność (współczynnik transmisji) atmosfery,

M_ob– egzytancja promieniowania, które wpadałoby do obiektywu kamery, gdyby obiekt był ciałem doskonale czarnymi i  promieniowanie nie było tłumione przez atmosferę.

Promieniowanie odbite

Powierzchnia obiektu nie tylko emituje, ale również odbija promieniowanie. Pro-mieniowane odbite od obiektu przechodzi przez atmosferę, w  której jest pochła-niane i  rozpraszane, podobnie jak promieniowanie emitowane przez obiekt. Następnie wchodzi do układu optycznego kamery i zawyża wysokość sygnału. Źró-dłami promieniowania odbijanego przez badany obiekt są: słońce, chmury, ziemia, zabudowania, rośliny, różne inne obiekty znajdujące się w otoczeniu (rysunek 1.17). Największym źródłem zakłóceń jest zwykle słońce. Odbicie powoduje, że n a wyświe-tlaczu kamery może pojawić się odbicie operatora (rysunek 1.18).

Rysunek 1.18. Termiczne odwzorowanie operatora kamery wskutek promieniowania

odbitego od aluminiowej pokrywy walizki

Źródło: fot. S. Durka.

Egzytancja energetyczna M₂ promieniowania pochodzącego od wszystkich źródeł otoczenia, które po odbiciu od obiektu i przejściu przez atmosferę wchodzi do obiek-tywu, jest równa:

(1.24)

gdzie:

M_a – egzytancja energetyczna generowana przez wszystkie źródła promieniowania, które znajdują się w otoczeniu,

Zwykle otoczenie dzielimy na dwie części: nieboskłon i ziemia. Temperatura otocze-nia jest wtedy średnią arytmetyczną temperatury nieboskłonu i gruntu [214].

Promieniowanie emitowane przez atmosferę

Atmosfera nie tylko pochłania promieniowanie, ale również emituje. Do obiektywu kamery wchodzi promieniowanie emitowane i  rozpraszane przez atmosferę, któ-rego egzytancja jest równa:

(1.25)

gdzie:

M_atm – egzytancja atmosfery.

Przyjęto, że emisyjność atmosfery

ε

_atm= 1.

Całkowity strumień energetyczny promieniowa M_m, który wchodzi do obiektywu i zostaje zmierzony przez układ pomiarowy kamery, jest równy:

(1.26)

Po przekształceniu otrzymujemy:

(1.27)

Znając egzytancję energetyczną obiektu M_ob, można wyznaczyć temperaturę obiektu. W tym cel u wyznacza się krzywą kalibracji, która wiąże wysokość sygnału kamery z temperaturą ciała doskonale czarnego.

W powyższych rozważaniach nie uwzględniono wpływu przedmiotów znajdujących się w pobliżu detektora na wynik pomiaru. Elementy układu optycznego, jak wszystkie ciała, emitują promieniowanie, które pada na detektor i zakłóca pomiar temperatury obiektu. Te efekty uwzględnia się w procesie kalibracji. Kalibrację przeprowadza producent. Może ją przeprowadzić użytkownik, jeśli dysponuje odpowiednim oprogramowaniem.

Atmosfera pochłania i  rozprasza promieniowanie podczerwone [12, 13, 18, 210]. Pochłanianie zachodzi na cząsteczkach pary wodnej, dwutlenku węgla, ozonu i innych. Pochłanianie promieniowania przez inne gazy występujące w atmosferze, takie jak CH₄, NO₂, CO, NH₃, H₂S, SO₂ jest bardzo małe, bo ich zawartość w atmos-ferze jest niewielka [166]. Do pochłaniania i rozpraszania promieniowania podczer-wonego przyczynia się obecność pyłków, cząstek dymu oparów przemysłowych, które zanieczyszczają powietrze. Efektywne średnice pyłów, cząstek dymu i kropelek

wody tworzących mgłę, mają wartości (0,05-50 μm) porównywalne z długością fali promieniowania podczerwonego, dlatego efektywnie rozpraszają to promieniowa-nie. Zawartość zanieczyszczeń powietrza zależy od wysokości, wilgotności, tempe-ratury, cyrkulacji powietrza, pory roku, pory dnia i innych podobnych czynników. Atmosfera jest niejednorodna. Gradienty gęstości powietrza i  koncentracji zanie-czyszczeń powodują załamania i odchylenia od prostoliniowości rozchodzenia pro-mieniowania, co w  konsekwencji powoduje rozmycie obrazu. Bardzo trudno jest uwzględnić wpływ tych czynników na wskazania kamery, tym bardziej, że zmieniają się w czasie.

Przepuszczalność atmosfery jest selektywna, ponieważ selektywna jest absorpcja molekuł. W spektrum podczerwieni istnieją zakresy długości fal, w których prze-puszczalność jest wysoka. Nazywają się oknami atmosferycznymi. Największe z nich, to: 1,2-1,3 μm, 1,5÷1,8 μm, 2,1÷2,5 μm, 3,2÷4,2 μm, 4,4÷5,9 μm, 7,5÷14 μm. Przykładową przepuszczalność atmosfery przedstawiono na rysunku 1.19 [18].

Rysunek 1.19. Przepuszczalność atmosfery z zaznaczonymi przedziałami pracy kamer

termowizyjnych: SWIR [3-5 μm] i LWIR [8-12 μm]

Źródło: opracowanie własne na podstawie [18, 213].

Zakres spektralny kamery

Kamery termowizyjne zwykle pracują w dwóch zakresach spektralnych, obejmują-cych dwa największe okna atmosferyczne w podczerwieni: 3-5 μm, zwany SW lub SWB (Short Wawe Band) i 7-12 μm, zwany LW lub LWB (Long Wave Band). Pierwsze nazywają się krótkofalowymi, chociaż pracują w zakresie przypisanym do średniej, a nie bliskiej podczerwieni. Drugie nazywają się kamerami długofalowymi. Kamery krótkofalowe przydatne są do badania procesów, w których występują temperatury wyższe. Z rozkładu Plancka wynika, że maksimum emisji obiektów o temperaturze bli-skiej 1000 K leży zakresie spektralnym pracy tych kamer. Do obserwacji osób przydat-niejsze są kamery długofalowe. Maksimum krzywej rozkładu Plancka dla temperatury ciała człowieka 37°C odpowiada długości fali

λ

≈9,5 μm (rysunek 1.2). Do obserwacji osób można również korzystać z kam er krótkofalowych. Promieniowanie obiektu leży poza maksimum spektralnym ich czułości, ale detektory na krótszą podczerwień są znacznie czulsze od długofalowych i w efekcie uzyskujemy dobrej jakości odwzorowanie

termiczne człowieka. Kamery długofalowe w  przeważającej liczbie przypadków są przydatniejsze dla straży pożarnej. Z powodzeniem można stosować je do obserwa-cji oraz pomiaru temperatury obiektów nagrzanych nawet do ponad 1000°C.

1.5 TERMOGRAFIA AKTYWNA

Termografi a aktywna polega na pobudzeniu energią badanego obiektu (promienio-waniem cieplnym lub falą akustyczną) i następnie pirometrycznym pomiarze tem-peratury jego powierzchni [84,85,101,140]. Rozkład temtem-peratury powierzchni zależy od dostarczonej energii oraz od właściwości obiektu. Parametry struktury, takie jak przewodnictwo cieplne, ciepło właściwe, gęstość wpływają na temperaturę powierzchni. Informacje o parametrach w przypowierzchniowej warstwie zawarte są zarówno w amplitudzie, jak i fazie odpowiedzi na sygnał.

Termografi ę aktywną można stosować do badania jakości połączeń mechanicznych: spawów, zgrzewów, połączeń nitowych prasowanych i skręcanych, a także do badań materiałów. Można wykrywać korozję ukrytą pod lakierem. Zaletą badań metodą ter-mografi i aktywnej jest bezinwazyjność i szybkość pomiaru na dużej powierzchni. Metoda ta ma przyszłość w diagnostyce zapewniającej bezpieczeństwo t echniczne. Na rysunku 1.20 przedstawiono schemat stanowiska do badań metodą termografi i aktywnej. Na rysunku 1.21 przedstawiono fotografi ę próbki do badań. Jest to płytka aluminiowa z  nawierconymi otworami. Otwory wypełniono masą plastyczną i następnie płytkę pokryto lakierem w lakierni samochodowej. Po tym zabiegu ślady po otworach stały się niewidoczne.

Rysunek 1.20. Schemat stanowiska do badań metodą termografi i aktywnej

Rysunek 1.21. Płytka przed i po pokryciu lakierem

Źródło: fot. J. Rybiński.

Na rysunku 1.22 przedstawiono termogram płytki z zaznaczoną linią pomiarową, a na rysunku 1.23 rozkład temperatury wzdłuż zaznaczonej linii. Miejsca otworów są bardzo dobrze widoczne. Można również wykryć nierównomierności lakieru oraz głębokość usytuowania defektów. Metoda pozwala także na określenie wartości parametrów struktury defektów.

Rysunek 1.22. Termogram płytki z zaznaczoną linią pomiarową

Rysunek 1.23. Rozkład temperatury wzdłuż zaznaczonej linii

Źródło: fot. J. Rybiński.

1.6 TERMOGRAFIA MIKROSKOPOWA

Kamerę termowizyjną można przystosować do badań w  skali mikroskopowej. Potrzebna jest do tego specjalna przystawka, która daje obraz termicznego odwzoro-wania o rozdzielczości przestrzennej do 8 μm. Za pomocą takiej kamery bada się procesy nagrzewania i stygnięcia w obwodach scalonych. Można wykorzystać ją rów-nież w działaniach zwiększających stan bezpieczeństwa.

Rysunek 1.24. Termogram niebieskiej diody laserowej

Źródło: opracowanie własne na podstawie archiwum J. Rybiński

Na rysunku 1.24 przedstawiono termogram elementów niebieskiej diody laserowej. Badano lasery półprzewodnikowe na azotkach galu, indu i aluminium, skonstruowane w Instytucie Wysokich Ciśnień PAN w Warszawie. W laserach półprzewodnikowych

dużej mocy wydziela się bardzo duża ilość ciepła w  małej objętości. Kluczowym zadaniem dla konstruktorów jest odprowadzenie tego ciepła. Kamera mikrosko-powa jest narzędziem umożliwiającym znalezienie miejsc, w których gromadzi się ciepło. Uzyskane dane dostarczyły nieocenionych informacji konstruktorom. Kamera uwidoczniła mostki cieplne. To pozwoliło na wprowadzenie odpowiednich zmian konstrukcyjnych poprawiających pracę niebieskich diod laserowych.

2. WYKORZYSTANIE TERMOWIZJI

W DZIAŁANIACH TAKTYCZNYCH

PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ

WYKORZYSTANIE TERMOWIZJI W DZIAŁANIACH TAKTYCZNYCH PAŃSTWOWEJ STRAŻY POŻARNEJ

2.1 RYS HISTORYCZNY

Początki termowizji i termometrii w ochronie przeciwpożarowej

Kamery termowizyjne mają długą historię [1, 2, 20, 25, 31, 62, 93, 123, 124, 125, 170, 202, 207]. Początki sięgają 1947 r., w którym uruchomiono pierwszy skaner podczer-wieni. Wytworzenie jednego termogramu trwało godzinę. Nową technologią intere-sowało się wojsko, widząc w  niej ogromne możliwości zastosowań w  technice wojskowej, przeznaczało znaczne środki na badania. Doprowadziło to do szybkiego rozwoju techniki podczerwieni. Obecnie każdy oddział nowoczesnej armii wyposa-żony jest w  urządzenia termowizyjne. Wszelkie zastosowania cywilne były tylko pochodnymi zastosowań militarnych. Zastosowania cywilne były ograniczane przez nieudostępnianie matryc detektorów półprzewodnikowych o najwyższej rozdzielczo-ści lub wymaganie licencji od cywilnych użytkowników. Podyktowane to było obawą przed dostaniem się w ręce terrorystów układów optoelektronicznych, które można wykorzystać do naprowadzania rakiet. Obecnie do zastosowań cywilnych wzkorzysty-wane są matryce zawierające ponad 1000 x 1000 punktowych detektorów fotonowych. Bryt yjska marynarka wojenna jako pierwsza zastosowała detekcj ę promieniowania podczerwonego do zwalczania pożarów na pokładzie okrętów. Nastąpiło to w latach 70. XX wieku. Następnie zaczęły ją stosować Stany Zjednoczone. Nowa technologia była bardzo droga, co ograniczało jej zastosowania w technice cywilnej. Szczególną barierę stanowił koszt detektora, który wymagał chłodzenia. Pod koniec lat 90. w kamerach zastosowano detektory oparte na technologii Barium Strontium Tita-nate. Detektory te nie wymagały chłodzenia, co uprościło konstrukcję kamer i obni-żyło koszty do poziomu akceptowalnego dla znacznej części cywilnej służby pożarowej. W dalszym ciągu kamery były drogie. Kamera obserwacyjna kosztowała około 20 tys. dol. Stanowiło to znaczący wydatek w budżecie jednostki straży pożar-nej. Dlatego zdarzały się przypadki, że kamerę przechowywano w  samochodzie komendanta, a nie w jednostce ratowniczo-gaśniczej. Dotyczyło to nie tylko Polski, ale również straży pożarnych w krajach zachodnich.

Przenośne kamery były nieporęczne i ważyły około 3,5 kg. Aby zmniejszyć ciężar, zasi-lające akumulatory umieszczano czasami w oddzielnym pokrowcu zawieszonym na uprzęży ratownika. Strażak wchodzący do pożaru i tak wyposażony w dodatkowy ekwi-punek, często zostawiał kamerę. Szczególnie, że była kosztowna i należało o nią dbać. Te niedoskonałości nie zniechęciły strażaków. Możliwości, które dawało użycie kamery termowizyjnej były bardzo obiecujące. Strażacy bardzo szybko się o tym przekonali.

Placówki badawcze i fi rmy produkcyjne pracowały nad udoskonaleniem technologii. Opracowano nowe rodzaje niechłodzonych detektorów o wysokiej rozdzielczości tem-peraturowej i przestrzennej. Szczególnie przydatne okazały się matrycowe detektory bolometryczne. Zastosowano wielokrotnie wydajniejsze akumulatory. Dzięki temu kamery stały się lekkie, poręczne i  mogą pracować przez kilka godzin bez potrzeby wymiany baterii. Koszt kamery został obniżony o około 80%. Obecnie każdą jednostkę ratowniczo-gaśniczą stać na zakup obserwacyjnej kamery termowizyjnej.

Pierwsze kamery w Państwowej Straży Pożarnej

Straż pożarna w  Polsce wykazywała zainteresowanie termowizją od jej początków [156, 202]. Strażacy doceniali możliwości, które stwarzała kamera termowizyjna w ochronie przeciwpożarowej. Próby zastosowania termowizji przeprowadzono po raz pierwszy w  1976 r. w  Wyższej Ofi cerskiej Szkole Pożarnictwa w  Warszawie, gdzie testowano kamerę termowizyjną typu Aga 750, szwedzkiej produkcji. Była to kamera z detektorem wymagającym chłodzenia ciekłym azotem. Ważyła 6 kg, była nieporęczna i  kompletnie nieprzystosowana do pracy w  warunkach pożarowych. Badano jej przydatność do obserwacji w  warunkach zadymienia. Mimo wielu widocznych mankamentów, stwierdzono, że „termowizor” ma przyszłość w ochro-nie przeciwpożarowej. Z entuzjazmem przyjęto wszystkie zalety kamery. Uznano, że jedyną wadą kamery była bardzo wysoka cena.

W 1992 r., w Szkole Głównej Służby Pożarniczej prezentowano kamerę termowi-zyjną typu P-4430 EEV, brytyjskiej fi rmy English Electric Valve [89, 132]. Była to obserwacyjna kamera specjalnie skonstruowana do działań straży pożarnych. Znaj-dowała się na wyposażeniu jednostek gaśniczych w krajach zachodnich. Miała dobre recenzje, chociaż była ciężka i nieporęczna. Operator trzymał ją na ramieniu, podob-nie jak dużą kamerę reporterską z tamtych czasów. Brak środków fi nansowych podob-nie pozwolił na zakup tej kamery, ale SGSP dostała do użytkowania kamerę termowi-zyjną typu Ficam-60, produkcji amerykańskiej fi rmy Thompson – CSF Group i kamerę termowizyjną typu Talisman ISG, produkcji amerykańskiej fi rmy Integra-ted Security Group. Kamery testowano w działaniach ratowniczo-gaśniczych. Stwier-dzono, że lepiej sprawdza się kamera Talisman ISG i ją rekomendowano. W tym samym czasie Komenda PSP Miasta Stołecznego Warszawa miała na wyposażeniu kamerę typu Argus EEV (rysunek 2.1). Wszystkie wymienione kamery pracowały w  długofalowym zakresie spektralnym LWIR. Opinie strażaków były pozytywne. Kamera Argus ustępowała pod względem technicznym kamerze Talisman ISG. Zgłaszano szereg uwag dotyczących modernizacji kamer, w szczególności wbudo-wania pirometru z odczytem temperatury na ekranie.

Kamera termowizyjna doprowadziła do zmodyfi kowania taktyki prowadzenia dzia-łań gaśniczych:

– podczas rozpoznania można było dokładnie zlokalizować ogniska pożaru i osoby przebywające w pomieszczeniu,

– w  warunkach silnego zadymienia prądy gaśnicze mogły być podawane z  dużą precyzją,

– podczas dogaszania można było określić, czy nie pozostały zarzewia ognia i czy proces gaszenia został doprowadzony do końca.

Rysunek 2.1. Widok kamer typu Argus EEV i typu P-4430 EEV

Źródło: [88].

W latach 90. ubiegłego wieku tylko bogate zakłady przemysłowe posiadały kamery termowizyjne. Podczas kilku akcji ratowniczo-gaśniczych strażacy korzystali z kamer wypożyczonych od innych instytucji: kopalni, zakładów petrochemicznych, zakładów azotowych, innych służb. Z  wypożyczonej od ratownictwa morskiego kamery typu Marine P4428 korzystano w poszukiwaniu zasypanych ludzi, po wybu-chu w  jedenastopiętrowym budynku mieszkalnym w  Gdańsku, w  1995 r. [35]. Kamery termowizyjne zabierały ze sobą grupy ratownicze wyjeżdżające za granicę, np. po trzęsieniu ziemi w Gruzji.

Pirometry w Państwowej Straży Pożarnej

W początkach rozwoju zastosowań techniki podczerwieni w krajach zachodnich do wykrywania ukrytych źródeł pożaru używano również pirometrów podczerwieni [89, 90, 92, 93]. Spowodowane to było bardzo wysokimi cenami kamer. Pirometry były zn acznie tańsze.

Cena profesjonalnego pirometru podczerwieni renomowanych fi rm zachodnich wynosiła około 1000 dol., podczas gdy kamera kosztowała od 15 do 50 tys. dol. W  Polsce powstawało wówczas wiele małych fi rm elektronicznych, które ofero-wały pirometry w niższej cenie. Pirometry zaopatrzone były w celowniki laserowe, wskazujące miejsce pomiaru temperatury. Miały również wbudowane układy sygnalizacyjne. Przekroczenie progowej temperatury uruchamiało sygnał dźwię-kowy i świetlny. W najnowszych kamerach obserwacyjnych zastosowano inny, lep-szy sposób sygnalizacji faktu przekroczenia wartości progowej temperatury. Zainstalowano funkcję koloryzacji. Polega ona na tym, że cały obszar powierzchni o  temperaturze przekraczającej wartość progową jest na wyświetlaczu kamery koloryzowany jaskrawą barwą [180, 181, 186,191]. Pirometr w pewnych przypad-kach mógł zastąpić kamerę. Należało przekonać strażaków do korzystania z piro-metrów.

W Szkole Głównej Służby Pożarniczej prowadzono działania mające na celu rozpro-pagowanie i  wprowadzenie pirometrów na wyposażenie JRG [113, 136]. Opraco-wano kilka modeli laboratoryjnych pirometrów podczerwieni przeznaczonych do działań gaśniczych [129, 130, 131, 133]. Jeden z nich został przetestowany z pozy-tywnym wynikiem przez Komendę Wojewódzką PSP w Poznaniu [134].

Podjęto próby uruchomienia produkcji tego pirometru dla potrzeb PSP, ale je zanie-chano. Pierwsze pirometry konstruowane z myślą o zastosowaniach w pożarnictwie nie wyświetlały wartości temperatury, a  tylko wysyłały sygnał dźwiękowy lub świetlny, gdy temperatura progowa została przekroczona. Właściwie nie były to metry, lecz progowe sygnalizatory źródeł ciepła. W 1995 r. SGSP zakupiła trzy piro-metry podczerwieni amerykańskiej fi rmy Raytek. Wykorzystano je do celów dydaktycznych i  prac badawczych. Elementy techniki podczerwieni już w  1982 r. zostały wprowadzone do programu nauczania fi zyki. Studenci wykonali kilka prac dyplomowych – magisterskich i  inżynierskich w  zakresie zastosowań termowizji w pożarnictwie. W pracowni fi zyki zbudowano stanowisko do badania pirometrów podczerwieni, na którym studenci wykonywali ćwiczenia laboratoryjne [136]. Widok stanowiska przedstawiono na rysunku 2.2. Działania te prowadzane były w przeko-naniu, że w niedługim czasie ceny sprzętu termowizyjnego spadną i kamery termo-wizyjne staną się łatwo dostępne dla strażaków.

Rysunek 2.2. Stanowisko dydaktyczne do badania pirometrów podczerwieni

Źródło: fot. archiwum J. Rybiński

Zakupione pirometry podczerwieni Raytek testowano w Jednostce Ratowniczo-Ga-śniczej SGSP w latach 1995-1996 [136]. W czasie 15 miesięcy korzystano z nich w 76 akcjach. Użyto ich w pożarach budynków do wykrywania źródeł pożaru w następu-jących miejscach:

– szyby zsypów – 39 razy, – dylatacje – 19 razy, – mur pruski – 8 razy,

Z pirometrów korzystano również podczas pożaru w warszawskim metrze.

Z  przeprowadzonej analizy wyciągnięto następujące wnioski. Pirometry podczer-wieni są najbardziej przydatne do poszukiwania źródeł pożaru:

– w zadymionych pomieszczeniach, – w szybach zsypowych,

– w murze pruskim, – instalacji elektrycznej,

– przeglądu pogorzeliska (stwierdzenie zakończenia procesu spalenia).

Strażacy testujący pirometry potwierdzili ich przydatność podczas gaszenia poża-rów. Pomiar temperatury pozwalał stwierdzić, czy pożar rozwija się, czy zanika. Sugerowali, aby pirometrów używać nie tylko samodzielnie, ale również łącznie kamerą termowizyjną. Kamery przeznaczone dla działań gaśniczych były kamerami obserwacyjnymi, bez możliwości pomiaru temperatury.

Przełomowy rok 1997

W 1997 r. Komenda Główna PSP zakupiła 13 kamer termowizyjnych i przekazała je jednostkom terenowym. Wybrano kamerę Talisman ISG. Tego typu kamerę zaku-piono wcześniej dla SGSP i  testowano ją w  akcjach ratowniczo-gaśniczych. Tali-sman ISG jest prostą kamerą obserwacyjną, skonstruowaną specjalnie dla działań operacyjnych straży pożarnej. Działa w zakresie spektralnym 8-14 mm. Kamera jest odporna na zabrudzenia i wstrząsy, waży 2,7 kg z bateriami. Kamer a jest wyposa-żona w system chroniący detektor przed przeciążeniem. Obsługa kamery nie przy-sparza strażakom żadnych kłopotów. Obecnie kamera ta jest już przestarzała, głównie ze względu na duże rozmiary oraz ciężar. Zastąpiły ją kamery lżejsze, mniej-szych rozmiarów, poręczniejsze i nowocześniejsze. Na rysunku 2.3 przedstawiono fotografi ę kamery Talisman ISG.

Rysunek 2.3. Widok kamery Talisman ISG