消防员应该意识到,掌握基本搜索方法以及了解红外热成像仪局限的重要性。有些热成像仪的生产厂家,错误地宣传他们的产品能看透蒸汽。
他们这种宣传是错误且危险的,许多案例都表明,热成像仪根本看不透浓密的蒸汽、冷烟(由于喷淋动作产生)或者高含水量的环境。
01、为什么红外热成像仪看不透蒸汽/湿气?
首先,红外热成像仪不会“看穿”任何东西。消防用红外热成像仪,一般能检测到7-14微米之间的长波红外辐射(LWIR)。这个范围内的长波红外辐射,能轻松穿过烟气并被热成像仪所检测到。
许多变量会影响长波红外辐射的可视性或被热成像仪“看见”。消防员需要认识到,在火场上,永远不能把红外热成像仪作为唯一的定向手段。在进入建筑前,必须仔细规划搜索路径,熟悉搜索区域内部情况(预先规划和熟悉任务区在火场上至关重要)。
高分辨率的热成像仪能帮助消防员摆脱迷失方向的情况,如下图所示,由于水带内充水,水带温度与周围环境相比要低,我们在热成像仪上看到的水带就是黑色的。这能帮助一个迷失方向的消防员,快速找到自己的队员或找到出口。
一旦决定内攻,消防员应采用除红外热成像仪外的基础定位方法:
1、利用充水的水带;
2、利用导向绳;
3、在墙、门口设立负责引导的消防员。
这些区域高度危险,消防员在零能见度或没有参照点的情况下,很容易迷失方向。
在充满蒸汽/湿气的环境中,由于以下原因,热成像仪会失效:
热成像仪是基于发射率的原理而工作,我们可以将任何观察到的对象视为发射率为1的完美黑体。消防用热成像仪,发射率通常为0.95至0.97,这是较为常见的可燃物的发射率区间(碳质材料如人的皮肤,煤烟,木材以及大多数粗糙物体)
任何趋近于0发射率的对象,通常我们可以将其视为一面镜子(反射率为1)。这些物体会将红外能量反射,导致消防员在热成像仪上产生误判(大家可以拿着热成像仪对着镜子照看看)。
注:发射率是衡量物体表面以热辐射的形式释放能量相对强弱的能力。物体的发射率等于物体在一定温度下发射的能量与同一温度下黑体辐射能量之比,黑体的发射率等于1。
通常来说,材料颜色越暗表面越粗糙,其发射率就越接近1。材料的反射率越高,其发射率就越低。
02、水的发射率是多少?
水的发射率通常为0.95-0.96,这让我们容易产生我们有能力精准测量水温的错觉。我们可以通过将热成像仪对准一杯冰水的表面,做个小实验。
热成像仪只能读出水表面的温度,却“看”不透水,就像它看不透墙或者其他材料一样。热成像仪可以读出表面上的温差,并能检测到对流。
那么,为什么蒸汽的发射率接近热成像仪的设定值,我们却不能很好的利用热成像仪进行判读呢?
关于冷烟或湿气对热成像仪的限制,有这么几个原因:
首先,消防用热成像仪的光学系统由锗透镜(位于热像仪的前面)组成。锗是一种具有高透射率特性的薄金属,可以使红外能量通过,因此,探测器可以将红外信号转换成图像,供消防员读取。
但在不论是浓烟或是高水分的环境中,部分烟气颗粒或水珠会凝聚在光学镜片上,这就限制了热成像仪的观测能力。
火情侦察训练中,我们会教消防员在每次他们擦拭面罩时,也顺手擦拭下热成像仪的镜片。随着环境中水汽和烟气量的增加,消防员擦拭镜头的频率与次数也应增加。
在很多案例中,当消防员打开水枪或者进入固定喷淋系统工作区后,消防热成像仪出现了“白屏”现象。在大部分这样的案例中,消防员并没有擦拭镜头,水分凝结在了镜头上。
结果,热成像仪无法透过水分只能产生白色的图像。因为,它读取的是覆在镜面上的水,而不是传递到传感器上的红外能量。
但是,如果我擦拭了镜头还是看不到怎么办?为什么会出现这种情况?
在某些环境下,消防员用热成像仪定位反而会像个盲人:平均温度低(视野内整个区域都是相同的温度,如照片所示),由于消防员的装备被加热到近似环境温度,消防员几乎与背景融为一体。
高水分含量的环境:(如多个喷淋同时工作,产生的冷烟环境)
正如下图所示,在到达目标区域前,从热成像仪观测到的图像较为清晰。
而下面这张照片中,蒸汽和湿气明显抑制了热成像仪识别探测区内细节的能力。我们虽然有效降低了建筑内部的温度,但是我们的视野被阻碍了。喷淋系统的工作,会显著影响我们利用热成像仪的观测。
平均温度高(所有热成像仪都有最大动态范围或温度范围,如果观测区内达到这个最大范围,消防员通过热成像仪将看不到任何可以辨认的细节。)大部分热成像仪工作极限是华氏1200度(649摄氏度)这被称为饱和度。
03、那我们如何克服这些限制呢?
在水分含量相对较低的环境中,我们可以通过擦拭镜片,或者让热成像仪远离干扰区(喷淋作业区和射水区)。同时,队长要将持有热成像仪的队员安排在较好的观测点。
换句话说,我们就不要指望能在喷淋工作产生的水汽区用热像仪观察。这会干扰和阻碍我们的观测。
一个经过训练的侦察组长应像“过马路前提前看看两边”一样,在使用热成像仪前先大致观察和熟悉侦察区,再来决定用不用热成像仪。
在以下环境中,低分辨率的热成像仪也会出现问题:分辨率为160x120的热成像仪,有效探测距离一般为7英尺(2.1米)。如果我们处在环境温度相差不大以及潮湿环境中,这些热成像仪由于其低分辨率和高热灵敏度会变得没用。
例如将低分辨率热成像仪与高分辨率的热成像仪进行对比,低分辨率的热成像仪看不到消防员,而高分辨率的可以。
所以,熟悉你手中的热成像仪,知道它的局限性,并且合理采用战术!
04、热成像仪产品链接:
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