Termocamere

La produzione di massa delle tecnologie di imaging termico ha reso accessibili a molte applicazioni le termocamere portatili, note anche come termocamere, o telecamere di rilevamento termico o ancora termocamere a infrarossi. Tuttavia, rappresentare l'energia termica come una visualizzazione dello spettro a infrarossi non è in realtà un nuovo concetto: i principi base della termografia furono infatti stabiliti più di 200 anni fa dall'astronomo britannico-tedesco William Herschel che scoprì la presenza dell'infrarosso mentre utilizzava un prisma per studiare lo spettro della luce visibile. Herschel scoprì che posizionando un termometro appena oltre l'estremità della luce rossa dello spettro, poteva rilevare l'esistenza di una banda invisibile fino a quel momento sconosciuta, più calda di quella corrispondente alla luce visibile.

Oggi ci riferiamo a questa banda invisibile come zona della radiazione "infrarossa" (IR), che è situata tra la luce visibile e le frequenze delle microonde sullo spettro elettromagnetico.

Sebbene le videocamere termiche fossero ancora molto lontane, le scoperte di Herschel furono rapidamente utilizzate per produrre una serie di moduli basilari, tipo termocoppia, in grado di rilevare il calore invisibile proveniente dai corpi caldi, ad una distanza considerevole. Questa scoperta iniziale fu ulteriormente sviluppata da molti altri fisici, ingegneri e inventori negli anni successivi.

Particolarmente importante per lo sviluppo delle tecnologie di imaging termico che utilizziamo oggi è stato il lavoro dello scienziato ungherese Kálmán Tihanyi, inventore tra l’altro anche della tecnologia che sta alla base della televisione a raggi catodici. Nel 1929, Tihanyi creò le prime videocamere a infrarossi per "visione notturna" da utilizzare nelle difese antiaeree britanniche.

Negli anni '80 e '90 le videocamere a IR divennero molto più versatili, facili da usare e non richiedevano un raffreddamento attivo per funzionare, a differenza delle prime versioni meccaniche. Le termocamere in seguito hanno trovato largo impiego anche in ambito civile, nella gestione delle emergenze, nelle analisi architettoniche, nella diagnostica medica, nel controllo ambientale e nei sistemi di pilotaggio automatico.

Oggi, la riduzione dei costi delle tecnologie all'avanguardia come ad esempio i sensori intelligenti, i microcircuiti e la connettività WiFi, rendono le videocamere termiche un'aggiunta frequente a molti kit professionali per l'ingegneria, la riparazione, il design, la creatività e l'hobbistica.

Le termocamere tendono a funzionare meglio di notte ma non ha nulla a che fare con lo stato dell'ambiente circostante che è chiaro o scuro.

Piuttosto, poiché la temperatura ambiente e, cosa più importante, la temperatura interna di oggetti e ambienti altrimenti non riscaldati è quasi sempre significativamente più bassa di notte rispetto alle ore di luce solare, i sensori di imaging termico sono in grado di visualizzare aree calde con un contrasto più elevato.

Anche nelle giornate relativamente fresche, se fuori c'è luce diurna l'energia termica del sole verrà gradualmente assorbita da edifici, strade, vegetazione, materiali da costruzione e altro ancora. Inoltre, nel corso della giornata l’aumento della temperatura ambiente di questi oggetti renderà meno nitidi quegli elementi caldi che il sensore della fotocamera vuole rilevare ed evidenziare.

Per lo stesso motivo, la maggior parte delle termocamere mostrerà oggetti caldi con un contrasto più netto dopo diverse ore di oscurità, piuttosto che subito dopo il tramonto. Durante il giorno invece i rilievi sono più efficaci al mattino presto rispetto la metà pomeriggio.

Le termocamere generalmente non funzionano attraverso il vetro. Una lastra di vetro, infatti, lascia passare la luce visibile ma agisce come uno specchio per le lunghezze d'onda infrarosse: questo è appunto il motivo per cui le lenti delle telecamere IR sono comunemente realizzate in germanio o seleniuro di zinco e non in vetro.

Se si vuol puntare una telecamera di rilevamento termico verso una finestra, ciò che si vedrebbe sullo schermo non sarebbe un chiaro rendering termico di ciò che c’è dall'altra parte, ma piuttosto un’area sfocata con qualche riflesso.

Alcune frequenze infrarosse tuttavia possono passare attraverso il vetro e alcuni tipi di vetro possono consentire il passaggio di vari gradi di infrarosso Ad esempio, i parabrezza delle auto tendono a dare risultati migliori rispetto ai vetri domestici standard. Nella maggior parte dei casi, tuttavia, l'immagine sarà in gran parte oscurata dalla riflessione a infrarossi dal lato "sbagliato" del vetro, sovrapposta a vari gradi di opacità. Significa che l'oggetto visualizzato mancherà di dettagli e di contrasto significativi.

Le termocamere tendono a non funzionare bene sott'acqua. Le ragioni sono, in parte, legate agli stessi problemi del vetro, precedentemente descritti. L'acqua blocca molte lunghezze d'onda dell'infrarosso, proprio come una barriera opaca blocca le lunghezze d'onda della luce visibile. Allo stesso modo in cui non si può vedere attraverso la vernice, i sensori a infrarossi non possono "vedere" attraverso profondità significative dell'acqua, perché le frequenze rilevate non passano facilmente attraverso essa. L'acqua fornisce anche un altro problema impegnativo per le telecamere IR, correlato alla conduttività termica e al calore specifico. Ha infatti una capacità termica molto più elevata dell'aria, richiedendo una quantità di energia quattro volte superiore per aumentare o diminuire di un grado la temperatura di un volume equivalente. In pratica ciò significa che gli oggetti perdono (o guadagnano) la propria energia termica rispetto all'acqua molto più velocemente e su distanze più brevi. Ai fini della termografia, gli oggetti sono quindi naturalmente più difficili da differenziare quando sono immersi rispetto a quando sono nell'aria.

Una termocamera rileva la temperatura superficiale del primo oggetto che incontra nel proprio campo visivo; se si punta il dispositivo verso un muro o un'altra superficie solida, esso registrerà il calore irradiato verso l'esterno da quella superficie.

Poiché la maggior parte degli edifici è progettata e isolata per intrappolare il calore, le immagini termografiche esterne raramente rivelano molto di ciò che accade all'interno e viceversa. Ci sono alcune avvertenze: una telecamera IR può essere utilizzata per rilevare il calore estremo che si irradia da dietro un muro (come nel caso di un incendio in casa), perché in queste circostanze anche il muro si surriscalda rapidamente. Allo stesso modo, alcune termocamere sono abbastanza sensibili (fino a +/- 0,01 gradi Celsius) per registrare il calore emesso da una persona, ad esempio, in piedi contro il lato opposto di un muro sufficientemente sottile e freddo, ma solo se rimane in posizione abbastanza a lungo perché il proprio calore corporeo si trasferisca parzialmente attraverso i materiali del muro in quel punto.

Oltre alle applicazioni ingegneristiche di base, le telecamere di rilevamento termico vengono diffusamente utilizzate a supporto dei servizi di emergenza. La tecnologia viene impiegata regolarmente in scenari che includono antincendio, inseguimenti notturni della polizia e ricerca e soccorso in caso di emergenza. Ci sono però anche altri usi diffusi delle termocamere che potrebbero essere meno ovvi. In questa sezione, esamineremo brevemente alcuni degli scenari più comuni.

Telecamere termiche per droni

La termografia viene spesso utilizzata nei droni a pilotaggio remoto (UAV), per migliorare le capacità generali di ricognizione in condizioni pericolose o difficili da osservare. Nei droni per hobbisti, la termografia può essere una grande risorsa, come ad esempio per la fotografia, mentre risulta molto vantaggiosa per le unità di risposta alle emergenze, le squadre di ricerca e soccorso e nelle applicazioni militari tattiche.

Termocamere per rilevazione degli incendi

La termografia non solo aiuta i vigili del fuoco a localizzare i sopravvissuti in condizioni di scarsa visibilità, come quando si è in presenza di polvere, nebbia, cenere e altri contaminanti, ma può anche aiutare a rilevare punti caldi, ulteriori potenziali fonti di incendio o indicare la presenza di incendi ancora accesi che potrebbero provenire da luoghi inaspettati, come il sottosuolo o all'interno di muri cavi.

Termocamere per dispositivi Apple e Android

Si trovano oggi moltissime app per telefoni Apple iOS e Android che affermano di poter effettuare foto "termiche" ed "a infrarossi". Tuttavia, sono praticamente tutte solo simulazioni; in generale queste app utilizzano un filtro di fantasia per la fotocamera del telefono, imitando in modo efficace l'aspetto tipico dell'immagine ottenuta con il rilevamento termico.

Per un'esperienza reale di termografia su uno smartphone, è necessario acquistare una termocamera ausiliaria che può essere collegata al telefono e utilizzata insieme a un'app dedicata per l'hardware. Le versioni di buona qualità sono vendute da marchi come Flir. Non sono accessori economici ma sono attualmente l'unico modo per eseguire un vero rilevamento del calore tramite uno smartphone.

Termocamere per la fauna selvatica

La fotografia naturalistica, il monitoraggio degli animali e il monitoraggio ambientale sono oggi tutti usi comuni della tecnologia di imaging termico. Le telecamere IR dotate di sensori intelligenti possono essere configurate e lasciate senza operatore in habitat naturali, attivandosi automaticamente in presenza di fauna selvatica notturna, altrimenti difficile da individuare. Inoltre, si fa affidamento sul rilevamento termico per poter localizzare gli animali a sangue caldo in condizioni di scarsa visibilità e per aggirare la loro mimetizzazione.

Telecamere marine ad immagine termica

Esistono alcune applicazioni marine della termografia molto importanti, in particolare come sistema di rilevamento delle collisioni durante la navigazione notturna, in caso di nebbia o durante condizioni meteorologiche avverse.

Telecamere termiche di sicurezza

Negli ultimi anni è diventata una pratica sempre più standard affidarsi ad apparecchiature di sorveglianza con immagini termiche per ottenere i migliori risultati possibili in termini di protezione, identificazione e ritorno sull'investimento.

Le telecamere termiche di sicurezza funzionano in modo affidabile in aree con scarsa illuminazione e scarsa visibilità, oltre a fornire la capacità di rimuovere gran parte del disturbo visivo, come il fogliame che si trova spesso vicino agli uffici e ai magazzini. Inoltre, le telecamere CCTV per immagini termiche sono generalmente dotate di sensori intelligenti e tecnologia di analisi avanzata per ridurre il numero di falsi allarmi. Infine, i sistemi basati sul rilevamento del calore sono spesso più economici da installare ed eseguire a lungo termine rispetto alle configurazioni CCTV standard, che devono essere posizionate lungo ogni linea di vista disponibile per essere pienamente efficaci e che spesso richiedono costose luci aggiuntive.

Telecamere per la visione notturna

Sebbene sia le termocamere IR che le unità di "visione notturna" standard possano essere utilizzate per aumentare la visibilità in condizioni di scarsa illuminazione o altrimenti occluse, si tratta in realtà di due prodotti distinti che si basano su tecnologie diverse.

La differenza fondamentale è che le telecamere per la visione notturna, come si vede nei film e solitamente caratterizzate da un display notturno granuloso verde e bianco, si basano sulla presenza della giusta quantità di luce ambientale per amplificare quel poco che viene rilevato. Il sensore non può sopportare troppa luce per cui molte telecamere per la visione notturna sono dotate di una funzione di illuminazione a infrarossi aggiuntiva, al fine di fornire una maggiore lunghezza d'onda dei segnali elettromagnetici amplificabili ed aiutare il sensore in condizioni di oscurità. Questi dispositivi sono invisibili ad occhio nudo ma possono essere facilmente rilevati da chiunque altro utilizzi la visione notturna; non è un problema in molte applicazioni, ma tutt'altro che ideale in molti usi militari o di sorveglianza.Sebbene la visione notturna fornisca spesso un'immagine più naturalistica nelle giuste condizioni, è anche significativamente meno efficace della termografia nel rivelare bersagli oscurati da nebbia, fumo, polvere o camuffamento.

Telecamere a infrarossi industriali

Molte delle attuali termocamere sono certificate specificamente per l'uso industriale, con varie configurazioni e standard di produzione differenti disponibili sul mercato per adattarsi a una gamma di applicazioni e ambienti particolarmente impegnativi.

Gli esempi includono telecamere certificate per l'uso in aree soggette a gas esplosivi (ad es. industria petrolchimica), in applicazioni sotterranee come l'estrazione mineraria o intorno ad alti volumi di particelle di polvere sospese nell'aria che si trovano in industrie, come la produzione di zucchero e la lavorazione del grano.

Se serve una certificazione specifica per l'uso della termocamera industriale a infrarossi, è bene verificare con i fornitori e consultare le linee guida di produzione per confermare che tutti gli standard siano pertinenti e rispettati, come l'approvazione ATEX e IECEx per l'uso sicuro in atmosfere esplosive della Zona 1.

Con così tante varietà di termocamere disponibili, sia in termini di design che di sensibilità, è importante sapere esattamente cosa si stia acquistando prima di decidere su un prodotto o su accessori specifici. Per ulteriori informazioni su qualsiasi particolare prodotto di rilevamento del calore o per ulteriori consigli e assistenza con le termocamere in generale, non esitate a contattare un membro del nostro team di supporto esperto per telefono, e-mail o chat web dal vivo. I marchi più popolari che presentiamo sono Fluke e FLIR.