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Konkurrenz für das menschliche Auge ?? - technische Daten
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Das menschliche Auge ist in seiner Funktionalität bestimmt kaum zu übertreffen. Es gibt jedoch viele Situationen, in denen wir technische Hilfsmittel, um mehr "sehen" zu können, gerne einsetzen. So z.B. bei sehr schnellen Bewegungsabläufen, die mit Hochgeschwindigkeitskameras aufgenommen werden oder bei Wärmeverteilungen, die der Mensch nur fühlen und nicht sehen kann. Selbst wenn man die Wärmeverteilung fühlt, eine genauere Bestimmung der Temperatur unter 2°C Genauigkeit ist nicht mehr möglich. Hochleistungsthermografiesysteme besitzen Temperaturdifferenzen von < 0,1°C Auflösung. Aufgrund dieser Möglichkeiten ist die gesamte Infrarot- Technik, in unserer hoch technisierten Welt nicht mehr wegzudenken. Die Infrarotstrahlung wurde vor über 200 Jahren von dem deutschen Wilhelm Herschel, welcher in England lebte, erstmals entdeckt und im Laufe der Jahre, nicht zuletzt unter Einfluß der Militärs, zu perfekt "sehenden" Augen im infraroten Wellenlängenbereich entwickelt. Grundlage der Infrarotmessung ist das physikalische Gesetz, dass jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes von -273,15°C eine elektromagnetische Strahlung aussendet. Diese beinhaltet auch einen infraroten Anteil, der bei einer Wellenlänge von 0,78 µm beginnt und bis zu 1 mm reicht. Das Strahlungsmaximum für Objekte mit Raumtemperatur liegt bei einer Wellenlänge von ungefähr 10 µm. Während das menschliche Auge nur Wellenlängenbereiche im sichtbaren Spektrum der Sonne von 390 - 780 nm (0,39 - 0,78 µm) erfassen und Infrarot- (Wärme) Strahlung nicht wahrnehmen kann, vermögen Infrarotkameras in den Wellenlängenbereichen von 2 - 13 µm zu arbeiten. Erst Körper mit Temperaturen von mehreren hundert Grad Celsius senden zusätzlich auch Anteile im sichtbaren Spektrum aus wie zum Beispiel rot glühendes Eisen. Will man also die Wärmeabstrahlung eines Gegenstandes erkennen, dessen Temperatur oft deutlich unter diesem Wert liegt, muss sich der Mensch technischer Hilfsmittel wie der Infrarotkamera bedienen. Je nach Anwendungsgebiet setzt man kurzwellige (2 µm - 5 µm) oder langwellige (8 µm - 12 µm) Infarotkameras ein. Strahlungsübersicht: |
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Zum Einsatz kommen in unserem Büro nur hochwertige und leistungsfähige Infrarotsysteme mit hohen Auflösungen und hohen thermischen Empfindlichkeiten sowie verschiedenen Wechselobjektiven und Filter. Je nach Messaufgaben wird die optimale Kamaratechnik mit den entsprechenden Wechselobjektiven und Filtern ausgewählt. So sind besonders bei Messungen an und in Gebäuden Infrarotkameras mit geringen thermischen Empfindlichkeiten und Weitwinkelobjektiven notwendig. Bei den Messungen von hohen Temperaturen ist die thermische Empfindlichkeit nicht so ausschlaggebend, wie bei Messungen von sehr kleinen Temperaturunterschieden, wie es gerade im Gebäudebereich der Fall ist. Industrieanlagen oder Messungen an Hochspannungsanlagen sind nur durchführbar, wenn für bestimmte Messaufgaben Teleobjektive eingesetzt werden können. Besonders bei den Messungen an Hochspannungsanlagen sind ohne den Einsatz von Teleobjektiven Messfehler nicht zu umgehen (s. hierzu auch die Seite Messungen an Elektroanlagen und die Zeitungsartikel im pdf- Format "Nieder- und Mittelspannungsanlagen durch Infrarot- Thermografie richtig untersuchen" (481KB) und "Hochspannungsanlagen durch Infrarot- Thermografie optimal untersuchen" (430KB)). Die momentan auf dem Markt angebotenen billigen Infrarotkameras werden von uns nicht eingesetzt, da diese nicht die notwendigen Messqualitäten erbringen und zum Teil nur eingeschränkt nutzbar sind. Die billigen Infrarotkameras besitzen in ihrem Durchmesser nur sehr kleine Objektive und haben in der Regel nicht die Möglichkeit, verschiedene Objektive oder gar Filter nutzen zu können. Um so größer die Durchmesser der speziellen Infrarot- Optiken sind, um so mehr Energie gelangt durch die Optik auf den Dedektor und um so empfindlicher sind logischerweise diese hochwertigen Kameras. Da die Optiken nicht aus Glas bestehen (Glas lässt im kurzwelligen Infrarot- Bereich nur einen Teil und im langwelligen Infrarot- Bereich gar keine Infrarot- Strahlung hindurch), müssen diese Objektive aus gezüchtete Kristalle hergestellt werden. Bei langwelligen Infrarotsystemen ist dies meist Germanium [Ge], Zinksulfit [ZnS] oder Zinkselenit [ZnSe]. Die Optiken von kurzwelligen Infrarotkameras bestehen z.B. aus Silizium [Si], Saphir [Al2O3] oder Bariumflourid [BaF2]. Daher machen die Optiken einen nicht unerheblichen Anteil im Kostenspektrum der Infrarotkameras aus. Es ist daher nachvollziehbar, warum billige Infrarotkameras mit kleinen Objektiven ausgestattet sind. Auch seriöse Messungen in der Industrie können nur mit hochwertigen Systemen durchgeführt werden. Bei vielen Aufgabenstellungen ist es notwendig, Bewegungsabläufe oder Temperaturveränderungen in Sequenzen zu speichern. Man bekommt somit einen temperaturkalibrierten Film und kann gut Temperaturänderungen und - wanderungen in Bauteilen oder Produkten erkennen und messen. Auch hierzu sind billige IR- Kameras nicht in der Lage (s. hierzu auch den Zeitungsartikel IR-Messungen in der Industrie (666KB) als pdf- Datei). Eine oft sehr geringe Anzahl von messenden Bildpunkten und geringe Bildwiederholfrequenzen charakterisieren weiterhin die geringpreisige Kameras. Die Kameras des unteren Preissegmentes werden auch meist nur von Billiganbietern verwendet, welche auf Qualität und Messgenauigkeit wenig Wert legen oder für untergeordnete Messaufgaben! Für ein leistungsfähiges Infrarotsystem mit verschiedenen Infrarot Optiken liegen die Kosten bei 50.000,- EUR aufwärts.Messparameter unserer Infrarot- Kamerasysteme: |
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kurzwellen IR- Kamera (thermoelektrisch gekühlt) AGEMA 487 |
langwellen IR- Kamera (ungekühlt) ThermaCAM PM 695 von FLIR SYSTEMS |
langwellen IR- Kamera (ungekühlt) ThermaCAM P65 HS von FLIR SYSTEMS |
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Analog- Digital- Wandler |
8- Bit System |
14- Bit System (16.384 Stufen) |
14- Bit System (16.384 Stufen) |
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Temperaturmessbereich |
-20°C bis +2.000°C |
-40°C bis +2.000°C |
-40°C bis +500°C |
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Arbeitstemperaturbereich |
-15°C bis +50°C (Schutzgrad IP 54 IEC 529) |
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erreichbare Auflösung |
0,1°C (thermische Empfindlichkeit 0,08°C bei 30°C) |
0,05°C bei 30°C (Indigo Detektor) |
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spektraler Messbereich |
2 µm bis 5 µm |
7,5 µm bis 13 µm |
7,5 µm bis 13 µm |
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IR- Dedektor |
Skanner 140x140= 19.600 Bildpunkte |
Focal Plane Array (FPA) 327x245= 80.115 Bildpunkte |
Focal Plane Array (FPA) 327x245= 80.115 Bildpunkte |
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Bild- Darstellung |
5, 10 oder 256 Grau- bzw. Farbstufen, Falschfarbendarstellung |
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Infrarot Bildfrequenz |
20 Hz |
50 Hz |
30 Hz |
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Optiken |
7°, 20°, 40° |
7°, 24°, 45° |
5,6°, 19,1°, 37,3° |
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1,4 mRad - 7° |
0,4 mRad - 7° |
0,31 mRad - 5,6° |
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maximal messbare Objektgröße bei 10m Messentfernung |
1,4 mm - 7° |
0,39 mm - 7° |
0,31 mm - 5,6° |
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minimale Fokusentfernung |
1,4 m - 7° |
4 m - 7° |
4 m - 5,6° |
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Blickfeld bei 10m Distanz |
1,2 x 1,2 m - 7° |
1,2 x 0,9 m - 7° |
0,98 x 0,74 m - 5,6° |
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