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Strahlungsübersicht:

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:

ThermaCAM PM 695
von FLIR SYSTEMS

ThermaCAM P65 HS
von FLIR SYSTEMS

ThermaCAM P660
von FLIR SYSTEMS

Analog- Digital- Wandler

14- Bit System
(16.384 Stufen)

14- Bit System
(16.384 Stufen)

14- Bit System
(16.384 Stufen)

Temperaturmessbereich

-40°C bis +2.000°C

-40°C bis +500°C

-40°C bis +2.000°C

Arbeitstemperaturbereich

-15°C bis +50°C (Schutzgrad IP 54 IEC 529)

erreichbare Auflösung

0,1°C (thermische Empfindlichkeit 0,08°C bei 30°C)

0,05°C bei 30°C
(Indigo Detektor)

0,03°C bei 30°C

spektraler Messbereich

7,5 µm bis 13 µm

7,5 µm bis 13 µm

7,5 µm bis 13 µm

IR- Dedektor

327x245= 80.115
Bildpunkte

327x245= 80.115
Bildpunkte

640x480= 307.200
Bildpunkte

Bild- Darstellung

5, 10 oder 256 Grau- bzw. Farbstufen, Falschfarbendarstellung

Infrarot Bildfrequenz

50 Hz

30 Hz

30 Hz

Optiken

7°, 24°, 45°

5,6°, 19,1°, 37,3°

7°, 24°, 45°

geometrische Auflösung (IFOV)

0,4 mRad - 7°
1,3 mRad - 24°
2,6 mRad - 45°

0,31 mRad - 5,6°
1,06 mRad - 19,1°
2,11 mRad - 37,3°

0,19 mRad - 7°
0,65 mRad - 24°
1,30 mRad - 45°

minimal messbare Objektgröße bei 1m Messentfernung ( * )

nicht möglich - 7°
1,3 mm - 24°
2,6 mm - 45°

nicht möglich - 5,6°
1,06 mm - 19,1°
2,11 mm - 37,3°

nicht möglich - 7°
0,65 mm - 24°
1,3 mm - 45°

minimal messbare Objektgröße bei 10m Messentfernung ( * )

3,8 mm - 7°
13 mm - 24°
26 mm - 45°

3,1 mm - 5,6°
10,6 mm - 19,1°
21,1 mm - 37,3°

1,9 mm - 7°
6,5 mm - 24°
13,0 mm - 45°

minimal messbare Objektgröße bei 30m Messentfernung ( * )

12 mm - 7°
39 mm - 24°
78 mm - 45°

9,3 mm - 5,6°
31,8 mm - 19,1°
63,3 mm - 37,3°

5,7 mm - 7°
19,5 mm - 24°
39,0 mm - 45°

minimale Fokusentfernung

4 m - 7°
0,3 m - 24°
0,1 m - 45°

4 m - 5,6°
0,3 m - 19,1°
0,1 m - 37,3°

3 m - 7°
0,3 m - 24°
0,1 m - 45°

Blickfeld bei 10m Distanz

1,2 x 0,9 m - 7°
4,3 x 3,2 m - 24°
8,3 x 6,2 m - 45°

0,98 x 0,74 m - 5,6°
3,37 x 2,53 m - 19,1°
6,75 x 5,06 m - 37,3°

1,21 x 0,91 m - 7°
4,25 x 3,18 m - 24°
8,28 x 6,21 m - 45°

( * ) Die in der Tabelle aufgeführten mimimalen messbaren Objektgrößen sind theoretische Werte (ideale Messfleckgrößen). Da es bei den einzelnen Detektoren auf der gesamten Detektormatrix bei der Herstellung zu nicht arbeitenden Detektorzellen kommen kann (1% Fehler sind zulässig), werden diese fehlerhaften Detektorzellen durch einen Rechenalgorithmus in der IR- Kamera berechnet und in das Bild eingefügt, um keine weißen Messflecke im IR- Bild zu erhalten. Um eine genaue Messung zu gewährleisten, sollte wegen der möglicherweise fehlerhaften "pitch" also 3 einzelne "pitch" als kleinsten Messfleck vorhanden sein. Die Kamerahersteller geben die geometrische Auflösung IFOV aus diesem Grund etwas größer als den theoretisch errechneten Wert an (realer Messfleck).

Eine Vielzahl von FPA Systemen besitzen eine Detektormatrix von 320 x 240 quadratischen Einzeldetektoren. Mit einem Objektiv von 24° werden pro Zeile 24 Winkelbereiche mit einer Größe von:
24° / 320 Detektoren = 0,075° = 0,001308 rad = 1,31 mrad erfasst.
(360° = 2 Pi rad 1° = 2 Pi / 360 rad = Pi /180 rad = 0,017453292 rad)
Dieser Wert betrifft jedoch nur den Wert einer einzelnen Detektorzelle, des sogenannten "pitch" (s. oben). Der Detektor selbst ist um einen gewissen Faktor c kleiner, der sich aus dem Füllfaktor berechnen lässt.
Füllfaktor = A _{aktive Fläche} / A _{Detektorzelle} = d² _{aktive Fläche} / d² _{Detektorzelle}
Daraus folgt: d _{aktive Fläche} = d _{Detektorzelle} x (Wurzel aus) Füllfaktor
Bei einem Füllfaktor von 0,5 ergibt sich ein IFOV von:
IFOV = 1,31mrad x (Wurzel aus) 0,5 = 1,31mrad x 0,707 = 0,926mrad
x [mrad] = x [mm] (bei "a" = 1m entspricht dies 0,93 mm)
Bei einer Messentfernung "a" von 10m ergibt sich:
x = 0,929 [mrad] x 10[m] = 9,3 [mm]
Eine Kamera mit 320 x 240 Messpunkten und einem 24° Objektiv kann bei einer Entfernung von 10m erst Objekte ab einer Größe von 9,3 mm messen!

Die modernsten FPA Systeme besitzen eine Detektormatrix von 640 x 480 quadratischen Einzeldetektoren. Mit einem Objektiv von 24° werden pro Zeile 24 Winkelbereiche mit einer Größe von:
24° / 640 Detektoren = 0,0375° = 0,0006545 rad = 0,65 mrad erfasst.
(360° = 2 Pi rad 1° = 2 Pi / 360 rad = Pi / 180 rad = 0,017453292 rad)
Füllfaktor = A _{aktive Fläche} / A _{Detektorzelle} = d² _{aktive Fläche} / d² _{Detektorzelle}
Daraus folgt: d _{aktive Fläche} = d _{Detektorzelle} x (Wurzel aus) Füllfaktor
Bei einem Füllfaktor von 0,5 ergibt sich ein IFOV von:
IFOV = 0,65 mrad x (Wurzel aus) 0,5 = 0,65 mrad x 0,707 = 0,459mrad
x [mrad] = x [mm] (bei "a" = 1m entspricht dies 0,45 mm)
Bei einer Messentfernung "a" von 10m ergibt sich:
x = 0,459 [mrad] x 10[m] = 4,6 [mm]
Die modernsten Infrarot- Kameras mit 640 x 480 Messpunkten können also bedeutend kleiner Strukturen auflösen und Objekte in z.B. 10m Entfernung noch richtig zu messen, welche in ihren Abmessungen 4,6 mm und größer sind. Also bedeutend kleinere Objekte erfassen und exakt messen!

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