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Thermografie
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Die Thermografie (auch Thermographie) ist ein bildgebendes Verfahren, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung (Infrarotlicht) eines Objektes oder Körpers mit Hilfe von Spezialkameras sichtbar macht.
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Prinzip
Jeder Körper mit einer Temperatur oberhalb des absoluten Nullpunktes sendet Wärmestrahlung aus. Im Idealfall entspricht das Spektrum der ausgesandten Strahlung dem eines schwarzen Strahlers. Je wärmer der Körper ist, um so kürzer wird die Wellenlänge des ausgestrahlten Lichtes. Bei einigen hundert Grad Celsius beginnt er schließlich zu glühen, so dass die erzeugte Strahlung auch für den Menschen sichtbar ist. Die Thermographie wird bevorzugt im infraroten Bereich eingesetzt, also bei Objekttemperaturen die um einige Grad über der Umgebungstemperatur liegen.
Die Kameras sind im Prinzip wie eine normale Kamera für sichtbares Licht aufgebaut: Durch ein Objektiv mit Linsen wird ein Bild auf einen elektronischen Bildsensor projiziert. Mit herkömmlichen Filmen ist die Aufzeichnung von sehr langwelliger Strahlung dagegen nicht möglich. Die Sensoren unterscheiden sich in Aufbau und Funktionsweise auch je nach zu detektierender Wellenlänge.
Optik
Kameras für Wellenlängenbereich von 8 bis 14 µm verwenden eine Optik aus Salzen wie Natriumchlorid (Kochsalz), Silbersalze oder aus Silicium und Germanium. Diese sind jedoch feuchteempfindlich oder sehr teuer. Üblicherweise wird daher in Nieder- und Mitteltemperaturanwendungen etwa 20 bis 50 µm starkes PE-LD verwendet.
Kameras für kürzere Wellenlängenbereiche um 2 bis 5 µm verwenden spezielle Gläser.
Elektronische Bildsensoren
Es existieren etliche verschiedene Verfahren nach denen Infrarote Bildsensoren funktionieren. Bei sehr kurzen Wellenlängen um 800 nm kommen Siliziumsensoren zum Einsatz. Sie wandeln die Photonen über den photoelektrischen Effekt direkt in einen Fotostrom um.
Für Wellenlängen von 1 bis 2 µm verwendet man Indium-Gallium-Arsenid-Sensoren (InGaAs) oder Bleisulfid-Sensoren. Für Wellenlängen von 2 bis 5 µm sind Mikrobolometerarrays, die die Strahlung über eine Erwärmung eines Sensorelements detektieren, gut geeignet. Indium-Antimon-Detektoren bieten eine sehr hohe Empfindlichkeit von 1 bis 5 µm. Für den Langwelligen Bereich von 8 bis 14 µm kommen Gallium-Arsenid Detektoren zum Einsatz.
Damit die Eigenstrahlung der Kamera und des Detektors die Messung nicht beeinflusst werden die Detektoren häufig auf niedrige Temperaturen, im Extremfall bis auf -210°C, die Temperatur flüssigen Stickstoffs, gekühlt.
Anwendungen
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Die Thermografie ist ein berührungsloses Messverfahren, das heißt, es können auch extrem schnelllaufende Verfahren (Explosionen, Verbrennungen etc.) und Bewegungsabläufe erfasst werden. Mit Hilfe der Thermografie lassen sich Temperaturmessungen flächenförmig erfassen und darstellen (vgl. punktuelle Messungen wie z.B. Thermometer).
Mit Thermografie bezeichnet man die Feststellung der Wärmeemission von Gegenständen, Maschinen, Häusern usw. Der Begriff findet auch in der Medizin Verwendung. Mit Hilfe der Thermografie kann ein genaues Bild über mögliche thermische Verluste oder bestehende Wärmequellen ermittelt werden. Dazu werden wärmeempfindliche Sensoren, Infrarotkameras und Luftströmungstests eingesetzt, die entsprechenden Daten erfasst und ausgewertet und die Ergebnisse meist computerisiert mit bestimmten Standardwerten verglichen. Ein wesentlicher Faktor für die Thermogramme ist der Emissionsgrad des zu untersuchenden Objekts.
Die Thermografie wird häufig für die zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) von Materialien und Bauteilen eingesetzt. In der Regel wird das Prüfteil mittels einer Anregungsquelle gezielt erwärmt, sodass verborgene Defekte durch unterschiedliches thermisches Verhalten messbar werden. Zu den ZfP-Methoden zählen Puls-Thermografie, Lock-in-Thermografie und thermoelastische Spannungsanalyse. Zur Durchführung dieser Methoden werden besonders schnelle und hochauflösende Infrarotkameras benötigt.
Ein typisches Problem bei der praktischen Anwendung ergibt sich, wenn der zu untersuchende Körper von der Umgebung abgetrennt sein muss. In diesem Fall ist ein Betrachtungsfenster notwendig. Typische Fenstermaterialen (Gläser, Kunststoffe) sind nur in begrenzten Wellenlängenbereichen ausreichend transparent.
Zur Qualitätssicherung wird die Thermografie bei der Überprüfung der einwandfreien Wäremedämmung von Gebäuden eingesetzt (Bauthermografie). Damit lassen sich Fehler in der Bauausführung eindeutig nachweisen (siehe Foto). Besonders effektiv ist eine gleichzeitige thermografische Untersuchung der Gebäudehülle in Verbindung einer Luftdichtheitsprüfung.
Siehe auch:
Weblinks
| <imagemap>-Fehler: Bild ist ungültig oder nicht vorhanden | Commons: Thermografie – Bilder, Videos und/oder Audiodateien |
- Website mit vielen Thermografie-Aufnahmen
- Industriemagazin zur Thermographie
- Österreichische Gesellschaft für Thermografie
- VATh Verband für Angewandte Thermografie
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