Testo Academy: Termografie – 2. část

Dva nejdůležitější komponenty termokamery jsou senzor a objektiv.

Senzor

Úkolem senzoru v termokameře je převést tepelné záření na elektrické signály. Tyto signály jsou předávány procesoru, který z nich sestavuje viditelný obraz falešných barev.

Infračervená měřicí technologie využívá velké množství senzorů se širokou škálou charakteristik, a to jak z hlediska jejich struktury, tak z hlediska elektronického vyhodnocení dat.

Nejběžněji používaným snímačem v termokamerách je dnes FPA.

FPA je rovinný senzor (matice detektoru), který se skládá z tenké vrstvy maličkých, na teplo citlivých senzorů. Tyto tzv. mikrobolometry jsou připojeny k dvourozměrné detektorové matici (pole mikrobolometrů), které jsou rozděleny do sloupců a čar. V závislosti na velikosti jsou na čipu senzoru uspořádány malé mikrobolometry např. 19.200 (160 x 120 pixelů) nebo 76 800 (320 x 240 pixelů). Každá z těchto buněk představuje samostatný bolometr. Bolometr má vlastnost měnit svůj odpor v závislosti na vznikajícím infračerveném záření. Měřený pokles napětí přes tento odpor se vyhodnotí jako měřicí signál. Signál je předáván do elektroniky, kde je vypočítán obraz ve falešných barvách s rozměry 160 x 120 pixelů. Pomocí FPA lze pořídit několik infračervených snímků za sekundu ve frekvenci 9 a 33 Hz (nejběžněji). Další hlavní výhodou je, že FPA lze bez problémů použít i při nižších teplotách než je teplota místnosti.

Rozlišení a teplotní citlivost

Rozlišení je termín používaný k označení schopnosti senzoru reprodukovat určité velmi malé struktury. Rozlišení je označeno jako celkový počet pixelů nebo počet sloupců a řádků na FPA. Nejběžnější rozlišení jsou 160 x 120 (19 200 pixelů); 320 x 240 (76 800 pixelů) a 640 x 480 (307 200 pixelů).

NETD (noise equivalent temperature difference) = teplotní citlivost

Označení pro nejmenší teplotní rozdíl, který termokamera ještě dokáže zaznamenat. Čím nižší je tato hodnota, tím jsou termogramy, tedy obrázky z termokamery, přesnější.

Hodnota teplotní citlivost (NETD) a rozlišení jsou jedny z nejdůležitějších parametrů termokamery.

Objektiv

Objektiv termokamery je optický systém, který zahrnuje různé jednotlivé čočky. Tyto čočky definují zorné pole, ve kterém je kamera schopna detekovat infračervené záření. Objektiv také zajišťuje, že se k detektoru (senzoru) vždy dostane správné množství infračerveného záření.

Typ použitého objektivu určuje zorné pole termokamery. V termografii se obvykle rozlišuje mezi širokoúhlými a teleobjektivy.

Širokoúhlý objektiv např. 32° xv24°, je vhodný zejména pro termografické měření velkých nebo velkoplošných objektů – produkují poměrně velkou část obrazu „na první pohled“. Teleobjektiv, který má naopak zorné polem, např. 12° x 9° zaostřuje pouze na malou část obrazu. Detaily lze lépe identifikovat pomocí teleobjektivu. Konkrétně v termografii budov lze použitelné infračervené snímky pořizovat i na poměrně velké vzdálenosti.

Téměř u všech termokamer je objektiv přístroje vyroben z germania. Germanium je jedním z mála materiálů, které jsou vysoce propustné (schopné přenášet) infračervené záření. Samotné germanium je velmi tvrdé a lze ho stěží poškrábat. Přesto je důležité pečlivé ošetření čoček, protože povlak je velmi citlivý a může se snadno poškrábat.

Měřené místo a vzdálenost

Při určování vhodné vzdálenosti od místa měření je potřeba brát ohled na tři veličiny:

• zorné pole (FOV),
• geometrické rozlišení (IFOV),
• nejmenší měřitelný objekt / místo měření (IFOVměř).

Zorné pole (FOV) termokamery je termokamerou viditelná plocha. Závisí to na použitém objektivu a velikosti senzoru.

Geometrické rozlišení je uvedeno v mrad a definuje nejmenší objekt, který může být na termogramu ještě zobrazen, v závislosti na měřené vzdálenosti. Na tepelném snímku odpovídá velikost tohoto objektu jednomu pixelu. Hodnota uvedená v mrad odpovídá velikosti viditelného bodu [mm] pixelu ve vzdálenosti 1 m.

IFOVměř je označení pro nejmenší objekt, jehož teplotu lze měřit přesně pomocí termokamery, označuje se také jako měřící místo.

Příklad měření objektu

Měří se hlava špendlíku 1,3 mm (kruh zbarvený červeně = nejmenší identifikovatelný objektu), proti zdi, ze vzdálenosti 1 m.

Skutečnost
Hlava špendlíku vyplňuje pouze část pixelu / bolometru senzoru. Teplota měřená bolometrem proto neodpovídá ani teplotě hlavy špendlíku, ani teplotě stěny.
Bolometr vypočítá pouze průměr z výše uvedených dvou hodnot.

Ideální případ
Měřený objekt pokrývá téměř celý pixel detektoru. Teplota měřená bolometrem je velmi blízká skutečné teplotě hlavy špendlíku.

Pravidlo: IFOVměř = 3 x IFOV

Pouze pokud je měřený objekt třikrát větší než nejmenší identifikovatelný objekt, bude jeden pixel detektoru plně pokryt. Skutečnou teplotu měřeného objektu lze měřit v tomto pixelu.

Kontrolní otázka:

Jaký je nejběžnější snímač používaný v termokamerách?

Zdroj: Praktické příručky Testo a Testo online Academy.