toplotna – ir kamera - gasilci.org · tehnika za zašcito dihal dobro razvita, pa ostaja problem...

seminarska naloga

TOPLOTNA – IR kamera

JURE DOLINAR

DATUM

Ljubljana, december, 2003

KAZALO VSEBINE

1.UVOD........................................................................................................ 3 2.OSNOVE GORENJA................................................................................ 4 3.NA KAKŠEN NACIN VIDIMO SKOZI DIM?......................................... 4

3.1. Še nekaj fizike .................................................................................................................. 5 4.RAZLICNI TIPI TOPLOTNIH KAMER: ............................................... 7

4.1. Razlike pri toplotniha kamerah........................................................................................ 7 4.2. Možnost prenosa slike na daljavo .................................................................................... 8

5. UPORABA TOPLOTNIH KAMER......................................................... 9

5.1. Podrocja uporabe toplotnih kamere.................................................................................. 9 5.2. Skriti požari.................................................................................................................... 10 5.3. Odprti požari .................................................................................................................. 10 5.4. Posredovanja pri nevarnih snoveh.................................................................................. 10 5.5. Iskanje oseb .................................................................................................................... 10 5.6. Vzdrževanje toplotnih kamer ......................................................................................... 10

6. ZAKLJUCEK......................................................................................... 11

KAZALO SLIK

Slika 1: infrardeci žarki n vidna svetloba ................................................................................... 4 Slika 2: pretvorba od sevalnega predmeta do vidne slike .......................................................... 5 Slika 3: spekter elektromagnetnega valovanja (valovna dolžina v metrih)................................ 5 Slika 4: toplotna slika osebe....................................................................................................... 5 Slika 5,6: naprava, ki se pritrdi na celado, možno pa je kombinacija pogleda preko kamere in prostega ocesa (obe ocesi) .......................................................................................................... 6 Slika 7: vrsta termo kamere, kjer je možna kombinacija pogleda: eno oko preko kamere, eno oko navaden – realen pogled ...................................................................................................... 6 Slika 8,9: še druge možne variante, ki se uporabljajo za namestitev naprave na glavo oziroma celado.......................................................................................................................................... 6 Slika 10,11,12,13: razlicni tipi naprav, ki so namenjeni za nošenje v rokah ............................. 7 Slika 14: prenos signala .............................................................................................................. 7

Jure Dolinar TOPLOTNA - IR kamera 2

1. UVOD

Razvoj in izboljšave gasilske tehnike in tehnike nasploh prinaša vsak dan nove novosti in s tem naprave za boljše,

udobnejše in lažje življenje - delo.

Novosti v tehniki pa se skuša uporabiti oziroma izkoristiti na vseh podrocjih, kot tudi v gasilstvu.

Eden izmed dosežkov tehnike, je tudi toplotna kamera, ki nam omogoca, da vidimo skozi dim.

Vsak gasilec, ki je že kdaj sodeloval pri notranjem napadu v popolnoma zadimljenem objektu, pozna probleme z vidljivostjo. Ceprav je oprema in

tehnika za zašcito dihal dobro razvita, pa ostaja problem vidljivost in orientacija v prostoru in predstavlja velike težave.

Prav uporaba sodobne tehnologije -toplotne kamere- lahko te težave

bistveno olajša. V popolni temi nam pokaže toplotno sliko prostora oziroma predmeta.

Za informacijo lahko navedem, da se je ta tehnologija razvila okoli leta 1960

za vojaške namene, nato se je izpopolnjevala in prva termo kamera je bila uporabljena v gasilske namene šele okoli leta 1980.

Takrat so bile kamere 1.generacije, kar je v primerjavi z današnjo tehnologijo velika razlika predvsem v kakovosti koncne informacije uporabniku.

Vojska je klasificirala tehnologijo druge in tretje generacije v letu 1992 in nato se je v letu 1996 zacela vsesplošna uporaba

omenjene tehnologije na vseh podrocjih.


2. OSNOVE GORENJA

Za lažje razumevanje nastanka dima in pri tem delovanja in uporabe IR – infrardece kamere si poglejmo nekaj osnov gorenja. Gorenje je eksotermna kemijska reakcija med gorljivo snovjo in kisikom. Pri gorenju se sprošca toplota, svetloba in toksicni plini/dim. V osnovi lahko gorenje oznacimo kot popolno in nepopolno gorenje. Popolno gorenje je gorenje pri katerem vse snovi v snovi izgorijo.To pomeni, da se ves ogljik v gorljivih snoveh spremeni v ogljikov dioksid, vodik v vodno paro, ostali elementi kot na primer žveplo pa v žveplove okside. Popolno gorenje je zelo težko doseci, zato lahko recemo, da je to možno ''smo v teoriji''. Nepopolno gornje je v vecina primerih, kjer pri gorenju oziroma požaru ne pride do popolnega sežiga posameznih materialov, kar pa privede do nastanka plinov/dima: CO2, CO,… Poleg navedenih oksidov pa nastajajo tudi vmesni produkti (vodikov cianid, ogljik, ocetna kislina,...), ki zaradi prenizke temperature in pomanjkanja kisika ne zreagirajo s kisikom. Do nepopolnega gorenja pride predvsem pri požarih notranjih prostorov, kjer pride do pomanjkanja kisika, nižjih temperatur gorenja in s tem do tvorbe velikih kolicin dima. Dim predstavlja v plinski fazi porazdeljene delce delno zgorelih snovi, ki vsebujejo ogljik. Te delce pa pogosto poveca in zgosti para. Strupenost le tega, je odvisna od izgorevanja, bolj kot je gorenje nepopolno vec strupenih plinov/dima se proizvede med izgorevanjem. Pri operativnem posredovanju dim otežuje vidljivost, poseg gasilcev in tudi pobeg stanovalcev. 3. NA KAKŠEN NACIN VIDIMO SKOZI DIM?

Vsako telo katerega temperatura je nad absolutno niclo (0 K = -273oC), seva energijo v obliki elektromagnetnih valov. Intenzivnost sevanja in valovna dolžina pa sta odvisni od temperature telesa. Vidno svetlobo, katero zazna naše oko dimni delci zaustavljajo, infrardeca svetloba pa lahko potuje skozi dim in razpršene delce gasilnega prahu (slika 1). Infrardece sevanje je vrsta energije, ki stvari ogreva neposredno, ne da bi ogrevala zrak, ki je vmes.

Slika 1: infrardeci žarki in vidna svetloba


Slika 2: pretvorba od sevalnega predmeta do vidne slike

Vecina energije, ki jo oddaja sonce, je ravno v infrardecem spektru in prav to svetlobo obcutimo vsakic, ko nas obsije sonce. V trenutku, ko sonce zakrije oblak, se temperatura zraka bistveno ne spremeni, a vseeno obcutimo padec toplote, saj oblak prepreci, da bi

infrardeca svetloba prišla do nas. Tak proces imenujemo konverzija.

Intenzivnost konverzije pa je odvisna od temperature telesa. Infrardeci segment elektromagnetnega spektra je glede na valovno dolžino razdeljen na tri dele in se nahaja pod (ali ?infra?) rdeco svetlobo kot najbližjim energijskim spektrom. Valovne dolžine te svetlobe so od 0,076 do 1000 mikronov (mikron je 1/1.000.000 m). Ta svetlobni spekter cloveškim ocem ni viden, lahko pa ga posnamemo z omenjenimi termo kamerami, ki infrardeco svetlobo pretvorijo v nam vidno svetlobo (slika2).

3.1. Še nekaj fizike V podrocju vidne svetlobe zaznamo predmete v njihovi reflektirani svetlobi in barvi. To pomeni, ce želimo nekaj videti, mora to biti najprej osvetljeno. Samo dovolj segreta telesa se vidijo zaradi svojega lastnega sevanja. Dva efekta pa sta, ki motita svetlobo na poti od telesa do cloveškega ocesa (ce so v zraku lebdeci delci (aerosoli) in plini) in to sta absorbcija in sipanje svetlobe. V primeru absorbcije svetloba slabi, v primeru sipanja pa se razsipa v vse smeri. To zadnje je posebej opazno, ce so lebdeci delci v zraku in se svetloba od njih odbija v vse smeri. Z narašcajoco valovno dolžino svetlobe se sipanje na lebdecih delcih mocno zmanjšuje. Tako se IR žarki vec ne sipajo in jih lebdeci delci ne motijo. Ob dalj cas trajajoci osvetlitvi z IR žarki svetijo vsi predmeti že pri sobni temperaturi. V tem podrocju spektra zato ne potrebujemo osvetlitve za opazovanje predmeta, saj je enaka podnevi in ponoci. Vendarle pa je treba upoštevati, da atmosfera ni enako prepustna za vse valovne dolžine svetlobe. Razlicni plini, ki so v zraku kot vodna para CO, CO2 in dušik absorbirajo razlicno mocne valovne dolžine svetlobe. Ker tudi v gostem dimu ni pricakovati vecjih delcev kot 0,5mikrom in ker vecji delci relativno hitro padejo nazaj na tla lahko štejemo, da tudi mocan dim dobro prepušca žarke z valovno dolžino nad 5mikro m. To velja tudi za prah in gasilni prah. Neprosojna za IR žarke pa je tudi po daljšem osvetljevanju z IR žarki megla vodne pare, ki nastane pri gašenju. Ucinkovita uporaba IR-merilnih aparatov je možna vedno, ce imajo merjeni objekti cim vecji emisijski in absorbcijski koeficient pri ustrezno nizkem refleksijskem in transmisijskem koeficientu. Zato lahko merimo in opazujemo površine blaga, oksidirane, hrapave površine, strehe, les, sinteticne materiale, vecino lakov in barv -te imajo velik emisijski koeficient. Visoko polirane kovinske površine, steklo, tanke plasticne predmete in za IR žarke propustni kvarc ali silicij pa povzrocajo težave.


Tako je steklo na primer nepropustno za IR žarke, zato so za IR-optiko silicijeve in germanijeve lece. Ce bi poizkušali z IR kamero gledati skozi steklo, bi se videli kot v ogledalu – zaradi refleksije. Ker se toplotno sevanje obnaša kot vidna svetloba, ni mogoce lokalizirati vira sevanja, ki je za zaslonom iz trdega materiala kot je kamen, kovine ali les. Najbolj primerna valovna dolžina IR žarkov za presevanje dima je 8-14µm in to iz sledecih razlogov: - dobra prepustnost skozi dim - dober prehod skozi atmosfero - neodvisen od siceršnje osvetlitve predmetov

Clovek infrardeco svetlobo zaznava kot toploto. Valovna dolžina infrardecega sevanja je med valovnima dolžinama vidne svetlobe in mikrovalovi, ki so zelo zanimivi pri uporabi v radijski astronomiji in pri prenosu televizijskih signalov (slika 3). Za infrardece žarke pa je nepropustno navadno steklo, prav tako žarki ne morejo potovati skozi vodo (majhna možnost obstaja pri potovanju žarkov skozi vodno meglico), neprosojna za IR žarke je tudi po daljšem osvetljevanju z IR žarki megla vodne pare, ki nastane pri gašenju. Pri nekaterih kamerah (predvsem mlajše generacije) sliko motijo tudi soncni žarki, kar pride do izraza predvsem pri uporabi na prostem, kar je pri nekaterih novejših generacijah kamer že odpravljeno s posebnim sistemom lec in z izbiro IR sprejemnika, ki mora vsebovati poseben dnevni filter. Na sliki 4 je prikazana crno-bela toplotna slika onemogle osebe v prostoru, ki jo prikaže toplotna kamera na zaslonu. To je obris na osnovi temperaturne razlike. Nekatere kamere imajo možnost prikaza tudi barvne toplotne slike, vendar je takih kamer manj, kot zatrjujejo strokovnjaki so se v praksi slabše izkazale. V koncni meri pa je tudi cena barvnega senzorja višja.

Slika 4: toplotna slika osebe

Slika 3: spekter elektromagnetnega valovanja (valovna dolžina v metrih)


4. RAZLICNI TIPI TOPLOTNIH KAMER:

V svetu so se razvili razlicni tipi od razlicnih proizvajalcev, kar je za uporabnika dobrodošlo, saj se lahko odloci za sebi najbolj optimalno rešitev glede na namen in uporabo.

4.1. Razlike pri toplotnih kamerah: • samih oblikah in materialih (velikost, teža), • velikost zaslona (eno oko, dve ocesi), • prikaz na zaslonu (crno-bela ali barvna tehnika prikaza slike) • prikaz temperaturne skale oz. temperature predmetov, • odpornost na udarce in vodo odpornost, • cas delovanja (poraba el. energije), • polnjenje baterijskih vložkov, • nacinu in mestu nošenja (roka, celada, glava), • kvaliteti senzorja infrardecih valov (generacija 1,2,3), • pogledu na velikost zaslona (odvisno od velikosti kamere), • cena. Vsaka takšna naprava mora biti preizkušena in mora izpolnjevati vrsto zahtev in standardov.

Slika 5,6: naprava, ki se pritrdi na celado, možno pa je kombinacija pogleda preko kamere in prostega ocesa (obe ocesi)

Slik 7: vrsta termo kamere, kjer je možna kombinacija pogleda: eno oko preko kamere, eno oko navaden – realen pogled Slika 8,9: še druge možne variante, ki se uporabljajo za namestitev naprave na glavo oziroma celado

Slika 5

Slika 7 Slika 9

Slika 8

Slika 6


Slika 10,11,12,13: razlicni tipi naprav, ki so namenjeni za nošenje v rokah

Kamere so zelo enostavne za uporabo. Da bi njene možnosti lahko maksimalno izkoristili, pa je vsekakor potrebno nekaj prakticnega dela. Prav pri veckratni uporabi pri vajah ali posredovanjih se pokažejo tudi prave smernice za ''pravilno'' takticno gibanje z napravo.

4.2. Možnost prenosa slike na daljavo Nekatere toplotne kamere imajo tudi možnost prenosa signala. Za prenos signala, je potrebno dokupiti dodatno opremo (zaslon, prenosne sprejemnike – oddajnike,…) Tako lahko vodje posredovanja spremljajo dogajanje odmaknjeni od posredovalcev preko zaslona na sprejemni napravi, ki je lahko tudi navaden televizijski zaslon (slika 14). Sliko, ki se tako prenaša pa je možno tudi zapisati kot video zapis. Za primer prenosa slike iz kletnih prostorov, kjer signal ne more direktno pripotovati do sprejemnika pa se uporablja dodatna – vmesna antena in ojacevalnik signala. Trenutno ima samo ena kamera možnost nastavitve sprejema najvecje obcutljivosti temperature, kar nam pride še kako prav pri iskanju izvora najvecjega toplotnega sevanja oziroma pri izlocevanju toplotnih virov, ki v dolocenem trenutku za nas niso pomembni. Tudi pri takšni uporabi gre za enostavnost, ki je pri vseh napravah v ospredju, saj posredovalci nimajo namena niti casa upravljati kompleksnih sistemov.

Slika 11

Slika 10

Slika 12

Slika 13

Slika 14: prenos signala


5. UPORABA TOPLOTNIH KAMER

5.1. Podrocja uporabe toplotnih kamer Toplotne kamere se v svetu uporabljajo na razlicnih podrocjih. V gasilskih vrstah pa ta sodobna tehnologija omogoca:

• lažje in hitrejše gibanje in iskanje, • natancnejše pregledovanje in gašenje, • lažje in hitrejše odkrivanje jedra požara, • lažja in hitrejša omejitev požara, • boljša izkorišcenost gasilnega sredstva, • izboljšana osebna varnost, • vecja možnost predcasnega odkrivanja požarnih efektov (povratni ogenj, požarni

preskok), • pomoc pri dolocitvi prezracevalnih poti,...

Zgoraj našteto velja predvsem za notranje požare, kjer nastaja in se zadržujejo vecje kolicine dima. Vsekakor pa je naprava uporabna tudi za zunanje požare kot primer gozdni požar, ker lahko natancneje dolocimo vroca mesta in odkrivamo nova žarišca. Z napravo lahko vroca mesta odkrijemo tudi tam, kjer ne vidimo žarišca kot primer razne cevi, el.vodniki, votle stene, žaganje, razne snovi shranjene v silosih, povišana temperatura plinskih jeklenk - raznih kemikalij v razlicnih embalažah,...

5.2. Skriti požari Pri požarih v raznih votlinah stenah ali drugih votlih delih so izkušnje z IR kamerami dobre. Lahko se lokalizira žarišce ali vroca mesta. Brez teh instrumentov obicajno nesistematsko išcemo žarišce in razbijamo stene. To z uporabo IR kamer odpade. Lokalizira se vroce mesto, se tam odpre in pogasi. Cas intervencije se znatno skrajša, posledicno se zmanjša tudi škoda in zgradba ostane v uporabnem stanju. Na splošno lahko recemo, da z IR kamerami lahko dosežemo mesto požara v stenah, tleh, pod oblogami,… Ce zid ni prevec pregret lahko lokaliziramo z IR aparatom tudi toploto elektricnih vodnikov. Pri požaru kabla je možno tudi preiskovanja kablov na kabelskih policah. Pri ugotavljanju vzroka vonja po požaru ali tlenju je tudi zelo koristna omenjena naprava. Tudi pri požarih rjavega premoga, ki se prevaža v kasonih v obliki prahu, pri silosih ali pri nahajališcih šote je IR kamera zelo koristna za lokalizacijo žarišca. Pri gozdnih požarih se z napravo kontrolira, ce so še ostala žarišca.


5.3. Odprti požari Pri odprtih požarih z mocnim razvojem dima lahko hitreje odkrijemo žarišce, kar omogoca usmerjeno nanašanje gasilnega sredstva. Vendar je treba upoštevati, da vodna para absorbira IR žarke. Torej je zaporedno merjenje možno le, ce za kratek cas prekinemo gašenje.

5.4. Posredovanje pri nevarnih snoveh Zelo hitro lahko odkrijemo defekte na plinskih napeljavah ali na ventilih, kjer se pri ekspanziji plina spremeni temperatura. Segrete posode in tanke se da hitro odkriti. Zaradi razlike med tekoco in plinasto fazo lahko dolocimo tudi nivo tekocega plina v tanku.

5.5. Iskanje oseb Vecina gasilcev IR kamero uporablja za izkljucno iskanje oseb, kar ni narobe. Iskanje oseb v zadimljenih prostorij je predvsem lažje, varneje, hitreje in ucinkoviteje. Treba je poudariti, da obcutek varnosti lahko gasilca kaj hitro prevzame in tvega prevec, zato dodatna previdnost ni odvec. Pomembno je biti pozoren tudi na so gasilca, ce je morda on brez naprave je dejansko ''slep'' mi pa s širokim vidnim poljem pred nami, ki ga omogoca toplotna kamera.

5.6. Vzdrževanje toplotnih kamer Toplotna kamera je tudi enostavna za vzdrževanje. Poleg polnjenja baterijskih vložkov in cišcenja po potrebi ni potrebno skrbeti skorajda za nicesar vec. Kamero naj bi cistili po navodilih proizvajalca, kot pa nam je zatrdil eden od njih, lahko napravo peremo kar z detergentom, ki je namenjena pranju posode v gospodinjstvu. Za lažje cišcenje lahko uporabimo kar zobno šcetko. Vse kar moramo paziti pred vodo so baterijski kontakti na napravi, saj baterijo pri cišcenju odstranimo.


6. ZAKLJUCEK

Kot smo lahko razbrali, naprava še zdalec ni namenjena samo reševanju. Z napravo si lahko omogocimo še hitrejša, varnejša in kakovostnejša posredovanja.

Dobre možnosti za orientacijo v zadimljenih prostorih omogocajo usmerjeno

napredovanje gasilcev pri reševanju in gašenju. Gasilec s kamero dobi obcutek varnosti.

Izgine obcutek izgubljenosti v prostoru, posebej ce gre za velike hale in ko še ni odkrito žarišce požara.

Kljub enostavnosti je potrebno doloceno izobraževanje, treba se je navaditi na crno-belo sliko na zaslonu in jo znati razumeti.

Treba se je zavedati, da je omenjena naprava le eden od elementov, ki nam omogoca

lažje posredovanje. V prvi vrsti je pomembna osebna zašcitna oprema gasilca, nato pa še ostala osnovna

osebna in skupna gasilska oprema. V vecini gasilskih enot je problem zbrati sredstva za novosti, saj je težko upraviciti

pomen nove tehnologije pri ljudeh, kateri se s tovrstno tematiko (gasilstvom) ne ukvarjajo. Odgovor kateri vsekakor ni na mestu od omenjenih oseb je: ''saj ste do

sedaj lahko delali brez takšne opreme''.

Da pa se ne bom prevec spušcal v podrobnosti, lahko recem, da cloveško – rešeno življenje odtehta vse, to pa lahko nekateri ugotovijo šele takrat ko so v stiski sami ali

njihovi bližnji. Termo kamero lahko predstavljajmo tudi kot pomembno sodobno napravo za lažje in

varnejše posredovanje gasilcev.

Vsekakor pa vse to sama naprava še zdalec ne omogoca. Še vedno je potrebno imeti dobro usposobljeno ekipo, z vso opremo, tako skupno kot osebno in šele nato razmišljati o nabavi in izvedbi še boljšega posredovanja z novo

tehnologijo v katero spada tudi TOPLOTNA – IR KAMERA.

Naj bodo moje med vrsticami napisane želje uslišane in naj bo vaše gasilsko delo plemenito in varno!

Jure Dolinar http://users.volja.net/djdoli


toplotna – ir kamera - gasilci.org · tehnika za zašcito dihal dobro razvita, pa ostaja problem...

Documents