-> Kompetenciák -> Méréstechnika -> Hőkép -> Elmélet

s

Az infravörös mérés elméleti háttere


Sugárzási törvényszerűségek

Az infravörös (IR) hőmérsékletmérés azon fizikai alapelvet használja ki, miszerint minden 0 K-nél (-273,15 oC) melegebb test, elektromágneses sugárzást bocsát ki magából. Ennek a sugárzásnak egy szeletét mérik az infrahőmérők, infrakamerák.

A fenti ábra jól szemlélteti, hogy a sugárzások csak egy kis szeletét képes az emberi szem érzékelni. Az emberi szem számára már nem látható az infravörös sugárzás.
A Planck-féle sugárzási törvény ábrázolva tekinthető meg a következő ábrán:

Azt mutatja meg, hogy adott hőmérsékleten milyen hullámhosszú sugárzásból mennyi jön ki egy testről. Jól látható, hogy az 500 oC-nál melegebb testek már az emberi szem számára is érzékelhető sugárzást is kibocsátanak, vagyis innentől elkezd izzani a test.

Planck elméletét többen is továbbgondolták, például Stefan és Boltzmann, akik meghatározták a görbék alatti terület nagyságát, ami már műszerek által is mérhető. A Planck görbéken minden hőmérséklethez tartozik egy olyan hullámhosszérték, aminek a legnagyobb az intenzitása. Ezt határozta meg Wien, ami alapján elmondható, hogy minél kisebb a test hőmérséklete, annál nagyobb hullámhossznál lesz a sugárzási maximum. Ezt mutatja be a következő ábra.

Mérési háttér

A mérés során a hőkamera lencséje összegyűjti a hozzá eljutó sugárzásokat és eljuttatja a detektorhoz, ami elektromos jelet generál, amiből összeáll a kép. A jó minőségű hőkamerák minden képponthoz (pixel) sugárzásértékeket rendelnek hozzá, a színezés tetszőleges, utólag is elvégezhető.

Azonban az összegyűjtött sugárzásmennyiség három különböző tételből tevődik össze: a test által kibocsátott (abszorbeált), a környezetből visszavert és a tárgy által átengedett sugárzás. A Kirchoff törvény szerint a test által elnyelt és kibocsátott (emittált) sugárzás egymással egyenlő.

Ezen mennyiségek egymáshoz viszonyított arányát mutatja meg az emissziós (?), reflexiós (?) és transzmissziós (?) tényező. Ezek közül a test hőmérsékletére csak az emittált sugárzás jellemző, vagyis minél nagyobb az emissziós tényező, annál nagyobb biztonsággal állapítható meg a hőmérséklet.

Ebből következik néhány különleges eset:

A hőkamera által begyűjtött sugárzások itt a Földön a levegőn keresztül terjednek. Ez az átviteli közeg viszont bizonyos hullámhosszú sugárzásokat átenged, bizonyosakat pedig nem.

Az ábrán a levegő transzmissziós tényezői láthatóak a hullámhossz függvényében. Ha a transzmissziós tényező 1, akkor nem nyel el semmit. Hat atmoszferikus ablak van amelyekben érdemes kamerát működtetni (szürke sávok). A kis hullámhosszokkal az a baj, hogy csak magas hőmérsékletek mérése lehetséges (lásd Planck törvény). Ezért a legelterjedtebb kamerák a 8 – 14 µm-es tartományban mérnek.

Néhány világraszóló sikertörténet, amit hőkamerákkal értek el:

  • Adidas
  • BASF
  • BMW
  • Soyuz
  • londoni Heathrow repülőtér
  • vatikáni Szent Péter Bazilika
  • madárinfluenza
  • csőrepedés keresése
  • gyógyászat
  • állatgyógyászat
  • elektronikai alkatrésze