Wärmebildkameras

Wärmebildkameras können Infrarotstrahlung erkennen und messen. Infrarotstrahlung ist eine Art von Energie, die von Objekten abgestrahlt wird, und Wärmebildkameras nutzen diese Energie, um Bilder zu erstellen, die die Temperatur dieser Objekte zeigen. Die Wärmekameratechnologie wurde ursprünglich für das Militär entwickelt und später in verschiedene Industriezweige übernommen. Zu den industriellen Anwendungen gehören die Erkennung der Oxidation von Hochspannungsschaltern, die Überprüfung von Isolationsfehlern, die Erkennung überhitzter Anschlüsse, die Suche nach Gas- oder anderen Lecks in der Industrie usw.

Inhaltsübersicht

• Was ist eine Wärmebildkamera?
• Geschichte der Wärmebildkamera
• Wie funktionieren Wärmebildkameras?
• Kriterien für die Auswahl
• Anwendungsbeispiele
• FAQs

Was ist eine Wärmebildkamera?

Eine Wärmebildkamera ist ein optisches Instrument zur Erkennung und Anzeige von Objekten auf der Grundlage ihrer Temperatur. Die von ihnen ausgehende Infrarotstrahlung kann von einer Wärmebildkamera erfasst werden, die diese Informationen in ein Bild überträgt, das der Kameramann je nach Auflösung der Kamera betrachten kann.

Wärmebildkameras wurden in der Regel für die militärische Überwachung eingesetzt, um Wärme von Feinden in völliger Dunkelheit zu erkennen. Später wurden sie jedoch in verschiedenen industriellen Anwendungen eingesetzt. Wärmebildkameras werden zum Beispiel in der Elektroindustrie eingesetzt, um fehlerhaft gesicherte Verbindungen zu erkennen. Sie werden auch verwendet, um durch Rauch und andere Partikel zu sehen, die sonst die Sicht behindern würden.

Eine Wärmebildkamera (TIC) erfasst die Wärmesignatur eines Objekts und zeigt sie auf einem Monitor oder einem Ausgabegerät wie einem Ausdruck, einer Grafik usw. an. Ein Beispiel für eine solche Kamera ist die Wärmebildkamera UNI-T UTi120P.

Geschichte der Wärmebildkamera

Das Wort "thermisch" kommt vom griechischen Wort therma, das Wärme bedeutet. Wärmebildkameras gibt es schon seit mehr als einem Jahrhundert. Das erste Wärmebildpatent wurde 1859 von Leopoldo Nobili angemeldet.

Das Prinzip der Wärmebildkameras basiert auf dem Konzept, dass jedes Objekt Wärme in bestimmten Mengen abgibt. Mit anderen Worten: Verschiedene Dinge geben unterschiedliche Wärmemengen ab, wenn sie auf eine bestimmte Temperatur erhitzt werden. Objekte gleicher Temperatur mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur geben unterschiedliche Wärmestrahlung ab, was einen spezifischen Fingerabdruck zur Identifizierung ermöglicht. Das thermische Emissionsspektrum hängt von der Strahlung und nicht von der Zusammensetzung ab. Es ist Teil des Lichtspektrums, aufgeschlüsselt nach Wellenlängen. Sichtbares Licht ist das, was wir mit unseren Augen sehen, und Infrarot ist für die Wärmebildtechnik gedacht. Wärmebildkameras erweitern also das, was wir sehen können.

Wie funktionieren Wärmebildkameras?

Wärmebildkameras arbeiten mit zwei Sensoren: dem Infrarot-Wärmesensor (der Wärmestrahlung mit einer Wellenlänge von mehr als 2500 nm erkennt). Sie funktionieren ähnlich wie ein Bildsensor (der in herkömmlichen Digitalkameras zur Erfassung von Bildern mit sichtbarem Licht verwendet wird), doch wird dieser durch einen Wärmesensor ersetzt, der Wärmestrahlung bei längeren Wellenlängen erfasst.

Wärmebildkameras erkennen Infrarotstrahlung mit Hilfe einer Anordnung von Sensoren, die gewöhnlich als Focal-Plane-Array bezeichnet wird. Die von einer Person, einem Ort oder einem Gegenstand ausgehende Wärme wird durch Infrarotstrahlung absorbiert und dann vom Kamerasensor erfasst. Durch die Erkennung von Infrarot-Wärmeemissionen von der Oberfläche eines Objekts werden diese auf einem Monitor oder einem Ausgabegerät, wie z. B. einer Druckgrafik, wiedergegeben, was eine einfache Interpretation der Wärmebilddaten ermöglicht.

Eine Wärmebildkamera erstellt ein hochauflösendes Bild aller Gegenstände auf der Grundlage ihrer Temperatur. Je heißer ein Objekt ist, desto heller erscheint es im Wärmebild, aber je kälter ein Objekt ist, desto dunkler erscheint es. Rot ist heiß, blau ist kalt und alles dazwischen erscheint als Orange, Gelb und Grün, wie in Abbildung 2 dargestellt

Verwendung von Wärmebildkameras am Tag und in der Nacht

Wärmebildkameras erzeugen Wärmebilder in völliger Dunkelheit, indem sie die von Objekten abgegebene Wärmestrahlung aufzeichnen. Die Wärmebildtechnik erkennt die Wärme, die von einem Objekt ausgeht, das sie beobachtet. Sie wird auch als Infrarot-Thermografie bezeichnet. Jedes Objekt mit einer Temperatur strahlt Wärme ab, die für das bloße Auge unsichtbar ist. Diese Wärmeenergie wird von einer Wärmebildkamera erfasst und in verschiedenen Farben (bisher Schwarz und Weiß) angezeigt. Dank dieser Technologie können Wärmebildkameras auf verschiedene Weise eingesetzt werden, auch bei Nacht. Wärmebildkameras werden je nach Wärmebildeinstellung bei Tag und bei Nacht eingesetzt.

Durch Wände, Glas, Unterwasser oder andere Objekte?

Das Wichtigste zuerst: Ein Wärmebild zeigt Temperaturunterschiede und nicht die Temperatur. Wenn zum Beispiel die Innenwände Ihres Hauses heiß (sagen wir 50 Grad Celsius) und die Außenwände kalt (bei etwa -10 Grad Celsius) wären, würde das Wärmebild wie eine dicke Linie aussehen (wie die Wand), was darauf hindeutet, dass eine Menge Wärme durch die Wände dringt. Eine Wärmebildkamera kann nicht durch Glas oder Wasser sehen, da diese Materialien die Infrarotstrahlung blockieren.

Kriterien für die Auswahl

• Auflösung: Die Qualität des vom Wärmebildsensor erzeugten Bildes hängt von der Auflösung des Detektorsensors ab. Durch die hohe Sensorauflösung wird ein einzelner Punkt auf einem Bild schärfer und präziser, so dass der Bediener genauere Messungen vornehmen und bessere Entscheidungen treffen kann. Die Sensorauflösung ist nicht dasselbe wie die Bildschirmauflösung. Die Auflösung des Detektors bestimmt die Qualität der hochauflösenden Anzeigen.
• Temperaturbereich:Nicht bei allen Anwendungen ist es erforderlich, sehr hohe Wärmemengen zu messen. Um einen größeren Temperaturbereich anbieten zu können, werden in bildgebenden Geräten teurere Sensoren verwendet, was sich im Preis des Geräts niederschlägt. Wärmebildkameras sind für Temperaturen von -20°C bis zu 1.700°C erhältlich, je nach Kameraspezifikation und -einstellungen.
• Empfindlichkeit: Die Empfindlichkeit eines Infrarotsensors beschreibt den kleinsten Temperaturunterschied, den er erkennen kann. Ein Gerät mit einer hohen thermischen Empfindlichkeit kann kleinere Temperaturunterschiede erkennen und liefert daher ein genaueres Bild. Je niedriger die MilliKelvin (mK)-Zahl einer Kamera ist, desto empfindlicher ist sie. Infolge der niedrigeren mK-Zahl zeigt die Kamera mehr Farben auf dem Bildschirm an und erkennt einen größeren Bereich von Temperaturunterschieden.
• Optische Vergrößerung: x1 oder x5. Für jeden Millimeter Objekthöhe auf dem abzubildenden Objekt werden also 5 Millimeter in den von einer Wärmebildkamera erzeugten Wärmebilddaten angezeigt.
• Genauigkeit: Wärmebildkameras bieten eine radiometrische Genauigkeit von ±2°C (3,6°F) oder besser.
• Emissivität: Der Emissionsgrad eines Materials ist die Effektivität der Abgabe von Energie in Form von Wärmestrahlung. Bei Wärmebildkameras kann der Benutzer zwischen verschiedenen Emissionsgraden wählen. Dies hängt in erster Linie von der Art des Objekts und den gewünschten thermischen Daten ab, die für die thermische Analyse benötigt werden. Die meisten Wärmebildkameras sind standardmäßig auf einen Emissionsgrad von 0,95 eingestellt, der für verschiedene Anwendungen von 0,10 bis 1,00 angepasst werden kann.
• Fokus-Modi: Wärmebildkameras verfügen über einen einstellbaren Fokus, der eine genauere Betrachtung der abgebildeten Wärmequelle aus verschiedenen Entfernungen ermöglicht.
• Videoausgabe: Wärmebildkameras können Live-Bilder in Echtzeit erzeugen. Die Wärmebildtechnik erkennt Wärmeenergie und nicht sichtbares Licht, das die Grundlage für herkömmliche Kameras bildet.

Anwendungsbeispiele

Wärmebildkameras werden in verschiedenen Bereichen eingesetzt, z. B. bei der Brandbekämpfung, bei Rettungseinsätzen, bei der Nachtsicht, bei der Überwachung usw.

• Rettungseinsätze: Sie sind auch ein wirksames Instrument in Wissenschaft und Technik für die thermische Analyse der zu untersuchenden Objekte. Wärmebildkameras für die Brandbekämpfung können eingesetzt werden, um in einem brennenden Gebäude eingeschlossene Personen zu lokalisieren, ohne ihnen zu nahe zu kommen, wodurch das Risiko von Verletzungen und Todesfällen bei Rettungseinsätzen minimiert wird.
• Brandbekämpfung:Wärmedaten von Wärmebildkameras können genutzt werden, um Brandherde auf Dächern oder anderen Risikobereichen zu erkennen, bevor sie sich zu größeren Bränden entwickeln, was sowohl Zeit/Geld als auch Infrastrukturverluste spart.
• Industrielle Anwendungen: Viele Wärmebildsysteme sind Allzweckgeräte und eignen sich gut für industrielle Umgebungen. Sie sind für eine lange Lebensdauer ausgelegt und halten auch hohen Belastungen in der Industrie stand.
• Rohrleitungen: Mit Hilfe einer Wärmebildkamera kann man ein Bild aufnehmen und untersuchen, wie sich die Wärme in einem Rohrleitungssystem verteilt, um unregelmäßige Wärmemuster zu erkennen, die zu künftigen Ausfällen führen können.
• Medizin: Wärmebildkameras werden auch in der Medizin eingesetzt, um die Diagnose und Behandlung von Krankheiten wie Brustkrebs, Hautkrankheiten und Unfruchtbarkeit zu unterstützen. Sie werden auch in gewerblichen Räumen wie Lagerhallen eingesetzt, um überhitzte Maschinen oder undichte Stellen in der Isolierung zu erkennen.
• Militärische und zivile Fluganwendungen: Eines der interessantesten Wärmebildsysteme ist das FLIR-System (Forward-Looking Infrared). FLIR verwendet Infrarotkameras, die an Flugzeugen, Hubschraubern oder Booten angebracht sind, um anhand der Wärmeabgabe festzustellen, wo sich Tiere unter der Vegetation verstecken oder ob sich eine Person nachts im Wald aufhält.

FAQs

Wie schneiden Wärmebildkameras im Vergleich zum bloßen Auge ab?

Der Mensch nimmt mit seinen Augen nur sichtbares Licht wahr und kann keine Wärmestrahlung wahrnehmen. Wenn ein Objekt erwärmt wird, setzt es Infrarotstrahlung frei, die von Wärmebildkameras erfasst wird.

Wie schneiden Wärmebildkameras im Vergleich zu anderen Bildgebungsverfahren ab?

Wärmebildkameras verwenden eine Technologie, die infrarote Energiestrahlung erkennt, während visuelle Bilder sichtbares Licht erkennen.