Welche Rolle spielt die Übertragungsstrecke?

Was sind atmosphärische Fenster? Weshalb gibt es kurz-, mittel- und langwellige Infrarotkameras?

Übertragungsstrecke
Abgesehen von Messungen im Vakuum muss die Wärmestrahlung vom Messobjekt bis zum Messsystem durch verschiedene Medien (mindestens aber durch die Luft) hindurchdringen. Die strahlungsphysika­lischen Eigenschaften des Übertragungsmediums beeinflussen natürlich die übertragene Strahlung und damit auch das Messergebnis. In den meisten Fällen ist dieses Medium Luft, es können jedoch auch andere Materialien (z. B. spezielle – Infrarotstrahlung-durchlässige – Messfenster) in der Übertragungsstrecke vorhanden sein. Im Fall von Luft wird die Übertragung der Infrarotstrahlung hauptsächlich durch die mit höchster Konzentration vorhandenen Bestandteile der Atmosphäre – also durch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid – beeinflusst. Die Wellenlängenbereiche mit relativ geringer Absorption (also guter Transmission) werden atmosphärische Fenster genannt.
Spektrale Absorption der Atmosphäre
Spektrale Absorption der Atmosphäre
(weiße Flächen: links mittelwelliges, rechts langwelliges atmosphärisches Fenster)
(Abbildung © Eric Rahne)

Wie kann der Einfluß der Atmosphäre verringert werden?

Die wellenlängenabhängige Absorption und die – nach dem Kirchhoffschen Strahlungsgesetz auftretende – ihrer Temperatur entsprechende Eigenstrahlung der Luft stellen die Strahlungsmessung beeinflussende Faktoren dar. Diese sind auch mit komplizierten mathematischen Verfahren nur schwer zu korrigieren.

Um das Problem grundsätzlich zu beheben, werden daher Wärmebildkameras in ihrer Empfindlichkeit auf den Wellenlängenbereich jeweils eines atmosphärischen Fensters begrenzt. Daher gibt es also kurz-, mittel- und langwellige Infrarotkameras.

Typische Wellenlängenbereiche von Wärmebildkameras

Thermografische Systeme werden entweder für das langwellige (7,5 … 14 µm) oder für das mittelwellige atmosphärische Fenster (3 … 5,5 µm), seltener für kurze Wellenlängen (0,8 … 2 μm) ausgelegt. Ihre Bezeichnung ist dementsprechend „langwellige“, „mittelwellige“ oder „kurzwellige“ Infrarotkamera.

Fortsetzung

Weitere Informationen zu den theoretischen Grundlagen der Thermografie findest Du hier:

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Jeder Körper mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (0 K) sendet Strahlung aus ...

Was besagt das Stefan-Boltzmann Gesetz?

Die Gesamtstrahlung eines idealen Strahlers ist direkt pro­portional zur vierten Potenz der Temperatur ...

Was ist das Plancksche Strahlungsgesetz?

Dieses Gesetz beschreibt Quantität und Wellenlängen der Strahlung in Abhängigkeit von der Temperatur ...

Was sind strahlungs-physikalische Faktoren?

Jede Materie hat einen Emissions-, aber auch Absorptionsgrad, Reflexions- und Transmissionsgrad ...

Wovon hängte der Emissionsgrad ab?

Es besteht eine Abhängigkeit vom Material, dessen Oberflächenrauhigkeit und vom Betrachtungswinkel...

Wie wird die Objekt- temperatur berechnet?

Mit der "Pyrometrischen Grundgleichung" aus der Strahlungsintensität ...