Grundlegende Informationen zur Wärmebildtechnik

Die Wärmebildtechnik ist ein berührungsloses bildgebendes Verfahren, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung (mittleres Infrarot) eines Objekts oder Körpers sichtbar macht. Unter Wärmestrahlung versteht man elektromagnetische Strahlung, die ein Körper aufgrund seiner Temperatur aussendet. Ursache ist die thermische Bewegung der Moleküle des Körpers. Dabei handelt es sich um beschleunigte Ladungen, die – nach den Gesetzen der Elektrodynamik – Strahlung aussenden. Bei der Wärmebildtechnik werden Temperaturverteilungen auf Flächen und Gegenständen erfasst und dargestellt. Wärmebildkameras stellen diese Wärmeintensitäts-Informationen üblicherweise in Fehlfarben dar (blau = kühler, rot = wärmer). Die Bildauflösung ist bezüglich der Pixelanzahl beträchtlich niedriger als bei Kameras für den sichtbaren Spektralbereich.

Im Gegensatz zu Kameras mit optischen Bildsensoren ist eines der entscheidenden Qualitätskriterien für eine Thermal-Kamera die Fähigkeit, so geringe Temperaturunterschiede wie möglich zu erfassen und im Bild durch Farbunterschiede darzustellen. Diese Empfindlichkeit des Thermalsensors wird durch den Rausch-Signalabstandswert NETD in Millikelvin angegeben. Mit einem NETD von 50 mK können die MOBOTIX Thermal-Kameras bereits minimale Temperaturunterschiede ab 0,05 °C visualisieren und liegen damit im derzeit für die allgemeine Nutzung verfügbaren Spitzenbereich.

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Dank NETD 50 mK zeigt das MOBOTIX Wärmebild (links) deutlich mehr Details als die leistungsschwächere Wärmebildkamera mit NETD 100 mK eines Wettbewerbers (rechts)!

Fortschrittlich, kostengünstig und leistungsstark – die Thermal-Kameras von MOBOTIX

Nach erfolgreicher Markteinführung der MOBOTIX Wärmebildtechnik bietet MOBOTIXzusätzlich Thermal-Kameras und Thermal-Sensormodule mit TR-Technologie und kalibriertem High-End-Wärmebildsensor im Industriestandard mit einer NETD von 50 mK an. Das Kürzel TR steht dabei für Thermal Radiometry (deutsch: Thermische Radiometrie) und sagt aus, dass diese Thermal-Kameras zusätzlich zu den bestehenden MOBOTIX Thermal-Kamerafunktionen die Wärmestrahlung im gesamten Bildbereich messen und pro Pixel einen Temperaturwert zuordnen können. Diese Messwerte lassen sich nutzen, um bei Über- oder Unterschreitung eines individuell einstellbaren Grenzwerts ein Ereignis (Kameraalarm, Netzwerkmeldung, Aktivieren eines Schaltausgangs etc.) auszulösen. Die Temperaturmessung erfolgt mit einer Genauigkeit von +/- 10 Kelvin anhand der quantitativen elektromagnetischen Wärmestrahlung, die von den einzelnen Objekten im Sichtbereich bzw. definierten TR-Messfenster ausgeht. Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt vom Emissionsgrad des gemessenen Objekts ab, der vom Material und der Oberfläche des Messobjekts bestimmt wird. Ideales Messobjekt ist ein schwarzer Körper mit Emissionsgrad 1, blanke Metalle liegen bei Werten von 0,1 und niedriger (Körper mit spiegelnden Oberflächen haben grundsätzlich einen geringeren Emissionsgrad). Zum anderen misst die Kamera nicht nur die Strahlung, die vom Objekt selbst kommt, sondern auch diejenige, die beispielsweise von anderen Objekten von einem Tisch oder Fenster zurückreflektiert wird.

So wird Thermal Radiometry (TR) in der Praxis eingesetzt

Die TR-Technologie dient weniger zur exakten Temperaturbestimmung von Oberflächen (dies können einfache  Temperatursensoren wesentlich kostengünstiger leisten) sondern vielmehr dazu, potentielle Gefahren durch plötzlich auftretende Über- oder Untertemperaturen zu erkennen um automatisch ohne Zeitverzögerung darauf reagieren zu können. Derartige Gefahren können z. B. für das Auge unsichtbare Schwelbrände oder plötzlich austretende Gase sein, die eine sofortige Veränderung der Umgebungstemperatur bewirken und dank MOBOTIX TR-Technologie rechtzeitig erkannt, lokalisiert und bekämpft werden können, bevor größere Schäden eintreten. Ein weiterer wichtiger Vorteil der MOBOTIX Wärmebildtechnik ist, dass die Detektion und Messung auch aus Entfernungen bis zu mehreren hundert Metern und damit sowohl über große als auch schwer zugängliche Bereiche erfolgen kann.

Schwelbrand auf einer Mülldeponie: Im Thermalbild rechts wird der gefährliche Temperaturanstieg deutlich sichtbar. Eine MOBOTIX Kamera mit TR-Technologie erkennt und misst permanent alle Temperaturbereiche im Vollbild (oder in bis zu 20 unterschiedlichen Messfenstern) und kann ab einem individuell einstellbaren Temperaturgrenzwert (z. B. 60 °C) sofort einen Alarm senden.

Typische Anwendungsgebiete für Temperaturereignisse

  • Feuer- und Brandschutz im Innen- und Außenbereich (zum Beispiel Waldbranderkennung)Werksschutz und Sicherheit in Produktionshallen
  • Werksschutz und Sicherheit in Produktionshallen
  • Maschinen- und Geräteüberwachung
  • Einsatz in der Nahrungsmittelindustrie und Logistik
  • Produktion, Lagerung und Transport von Gefahrengütern (Gase, Flüssigkeiten, chemische Produkte)
  • Einsatz an Grenzen und in Kontrollbereichen

Konfiguration der TR-Einstellungen via Kamera-Software (im Webbrowser)

Die Einstellungen zur Temperaturmessung/Thermal Radiometry erfolgen via Kamera-Software im Webbrowser. Hier findet sich im Setup Menü unter Ereignissteuerung > Ereignisübersicht > Umgebungsereignisse der neue Ereignissensor Thermal Radiometry.

Wie bei den bekannten Video Motion-Ereignissen oder Belichtungsfenstern muss zunächst definiert werden, ob die Temperaturmessung im gesamten Bildbereich der Thermal-Kamera oder nur in einem frei definierbaren, rechteckigen TR-Fenster stattfinden soll. Bei einer S15 mit zwei TR-Sensormodulen kann die Messung auch auf beiden Sensoren parallel erfolgen. Insgesamt können über das Anlegen von Profilen bis zu 20 TR-Fenster gleichzeitig pro Kameraaktiviert sein, die sich auch überlappen dürfen.

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Thermalbild mit TR-Messfenster (schwarzer Rahmen in der Bildmitte): Die (ausblendbare) grüne bzw. rote Kurve in der schwarzen Box (Scroll Chart) links unten zeigt optisch an, wie nahe der aktuell ermittelte Temperaturwert beim ereignisauslösenden Wert (Grenzwert oder Durchschnittswert im TR-Messfenster) liegt. Dieses Scroll Chart folgt dem Prinzip der Aktivitätsanzeige beim Activity Sensor.

Zu jedem TR-Fenster wird nun in der Kamera-Software definiert, wann und wie die Ereignisauslösung erfolgen soll. Entweder geschieht dies, wenn im Messfenster ein einziger Pixel (Messmodus: Ein Pixel) oder ein bestimmter Prozentsatz des gesamten Messfensters das festgelegte Temperatur-Level unter- oder überschreitet.

Als Werte können alle ganze Gradzahlen im Bereich von -40 bis 550 °C bzw. -40 bis 1022 °F eingetragen werden.

Wichtig für die Montage: Glasscheiben lassen keine Wärmestrahlung hindurch

Sowohl die Schutzscheibe als auch die Linse des verwendeten Objektivs sind aus dem Halbleitermaterial Germanium gefertigt, da normales Glas die Infrarot-Wärmestrahlung nicht zum Sensor durchlässt sondern reflektiert. Befindet sich zwischen der Wärmebildkamera und den zu detektierenden/messenden Objekten eine Glasscheibe, so ist keine Wärmestrahlung durch den Thermalsensor mehr erfassbar. Die Lösung: Einsatz eines zweiten optischen Sensormoduls (realisierbar mit M15-Thermal oder S15).

 


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