Grundlegender Aufbau
Aus welchen Hauptbestandteilen besteht eine Wärmebildkamera? Welche Aufgaben habe diese im Einzelnen? Diese Fragen beantworte ich hier.
(Abbildung © Eric Rahne)
Hauptbestandteile von Thermokameras
Die grundlegende Arbeitsweise lässt sich folgendermaßen zusammenfassen: Die Wärmestrahlung des Messobjekts wird durch eine Optik gesammelt, und dann durch den infrarotempfindlichen Sensor erfasst. Dieser gibt ein mit der eingehenden Strahlungsintensität proportionales elektrisches Signal aus, welches nach der Normierung durch den Vorverstärker digitalisiert wird. Mathematisch werden hieraus (anhand der thermografischen Grundgleichung) die Temperaturwerte bestimmt, die entweder mittels einer Farbskala als Wärmebild grafisch angezeigt oder als digitale Datenmatrix abgespeichert werden.
Durch die Optik wird die Wärmestrahlung des Messobjektes auf den Detektor projiziert. Praktisch wie mit einer Sammellinse, nur eben nicht aus Quarzglas und meistens noch mit einem Antireflexionsüberzug, der gleichzeitig auch eine Filterwirkung zur Begrenzung der Wellenlängenempfindlichkeit besitzt.
Der infrarotempfindliche Detektor wandelt die eingehende Wärmestrahlung ihrer Intensität entsprechend in ein elektrisches Signal um. Je nach Typ des Detektors kann dies eine Spannung, ein Strom, eine Ladung oder ein Widerstandswert sein. Bei Matrixdetektoren natürlich für jedes einzelne Pixel separat.
Das analoge elektrische Ausgangssignal des Detektors wird zu einem normierten digitalen Wert umgewandelt, welcher in einem (bekannten) Verhältnis zur eingehenden Wärmestrahlung steht. Bei Matrixdetektoren sprechen wir natürlich über das Signal jedes einzelnen Pixels, nicht über den Detektor als Ganzes.
Anhand der thermografischen Grundgleichung, sowie der Parameter für Umgebungstemperatur, Objektemissivität und Messtrecken-Übertragung (sowie unter Beachtung der Optik- sowie Detektorkenngrößen) wird aus der digitalisierten Strahlungsintensität die Objekttemperatur berechnet. Auch dies geschieht pixelweise.
Die (in einer Matrix angeordneten) berechneten Objekttemperaturwerte werden als letzter Schritt durch einen Farbkode anhand einer vorab definierten (auch nachträglich frei wählbaren) Farbpalette ersetzt. Damit entsteht dann eine Matrix aus Farbkoden, die als Thermogramm zur Darstellung kommen.
Fortsetzung
Weitere Informationen zur Gerätetechnik der Wärmebildkameras findest Du hier:
Infrarot-Detektoren
Was sind thermische Sensoren, was sind Photonendetektoren?
Objektive & Filter
Was sind die Materialien für IR-Objektive und Spektralfilter?
Signalverarbeitung
Welchen Einfluss haben die Detektor-Ausleseverfahren auf das resultierende Wärmebild?
Bildbearbeitung
Mit welchen Verfahren und "Tricks" werden gut aussehende Wärmebilder erzeugt?
Geräteparameter
Welchen Einfluss haben die messtechnischen Parameter auf die Anwendbarkeit?
Kalibration
Wie und womit werden Wärmebildkameras kalibriert? Was ist der NUC-Abgleich?