Korszerű hőkamerák szakmai szemmel (VII): hőkamera-kalibrálás, beépített funkciók

GyártásTrend 2015/09, Műszaki diagnosztika rovat

Korszerű hőkamerák szakmai szemmel (VII)

„Élő” kiértékelés hőkamerákba integrált szoftverrel

Ebben a fejezet a hőkamerák kalibrálásával kapcsolatosan teszünk néhány pontosítást, majd a mobil hőkamerák helyszíni kiértékelési funkcióinak előnyeit részletezzük.

Nagyon gyakran felmerül az igény, hogy a hőkamera tudjon „magasabb” hőmérsékleteket is mérni. Mintha ez valamilyen nehéz feladat lenne! De nem az. A legtöbb (akár legolcsóbb) hőkamera is minimum 120 °C-ig mér, de akár 200, 250 vagy 350 °C-ig kiterjesztett méréstartományú low cost és standard hőkamerák is vannak szép számmal. Sokkal érdekesebb kérdés, hogy a mérési képességük hány Celsius-foktól kezdődik, milyen felbontásban (hány bites digitalizálással), illetve hány választható méréstartományra felbontva fedik át a teljes mérési képességét. Ugyanis csak az összes felsorolt adat ismeretében derül ki, hogy milyen képességű, illetve mérési pontosságú (minőségű) az adott hőkamera. A hőmérsékletértékek digitalizálása, illetve a hőkamera mérési tartományának alsó határa jelentette méréstechnikai nehézségekkel korábbi fejezetünkben foglalkoztunk, most a méréstartomány felső határával folytatjuk.

A felső értékkel egyszerűbb a dolgunk

A hőkamerák méréstartományának (legfelsőbb tartományának) felső határa méréstechnikailag sokkal egyszerűbb, mert az említett sugárzásfizikai törvényszerűségnek köszönhetően bőségesen van érzékelhető sugárzás magas hőmérsékletű tárgyak esetén. Legfeljebb a megfelelően lerövidített integrálási idők, majd (magasabb tartományokban) a megfelelő blendék alkalmazásával biztosítani kell, hogy az érzékelő lineáris detektálási tartományban maradjunk (és természetesen ne „süssük” meg). Low cost hőkamerák esetén a belső blende helyett megfelelő csillapítással (kellőképpen alacsony áteresztő képességgel) rendelkező – a lencse elé csavarozandó – szűrőket alkalmaznak a méréstartomány bővítése érdekében. Ez egy kifejezetten olcsó megoldás, de természetesen nem éppen hasznos a mérési pontosság szempontjából.

Azonban az igazán magas hőmérsékletű kalibrálásnak van még egy gyakorlati műszaki korlátja. Ugyanis jelenleg maximum 2000 °C, illetve 2500 °C hőmérsékletűek a legmelegebb, az ideális sugárzót (fekete testet) akár 99,9999%-osan megközelítő üreges referenciasugárzók. Még ennél is magasabb hőmérsékletekre történő kalibráció ezért már csak matematikai eszközökkel (extrapolációval) valósítható meg, amelynek sajnos igen komoly bizonytalanságai vannak.

Tiszta kép a kalibrálásról

A hőkamerák kalibrálásáról és a kalibrálási tartományokról a következőkben viszont még néhány kiegészítő információkat is adunk, mert gyakran igen félrevezetően használnak egyes fogalmakat.

1) A hőkamerák mérési (illetve kalibrálási) tartományai mindig a fekete test sugárzására vonatkoznak: tehát a gyakorlatban előforduló testek 100 százalékosnál alacsonyabb emissziós képessége miatt a méréshatárnál magasabb hőmérsékletek is mérhetők, pontosan és a hőkamera károsodási veszélye nélkül. Például egy 50 százalékos emissziós képességű sugárzó 150 °C-on csupán annyi hosszúhullámú sugárzást ad le, mint egy 100 °C-os ideális sugárzó. És egy 25 százalékos emissziós képességű sugárzó ugyanennyi sugárzást csak 250 °C-on ad le. (Megjegyzés: ezek természetesen csak közelítő adatok.)

2) A hőkamerák új objektívvel való utólagos, valamint időszakos újrakalibrálását (korrekcióval együtt) csak a hőkamera (saját) gyártója végezheti el. Ugyanis a hőkameragyártó a kalibrálás során egy pixelenként értelmezett kalibrációs adatfájlt készít, amelyet a hőkamerában eltárol, és amelyet a hőkamera a pixelenkénti hőmérséklet-számítás során felhasznál az érzékelő és az objektív együttes tulajdonságainak korrekciójához. Az ezzel kapcsolatos know-how-t viszont egyetlen hőkameragyártó sem adja ki harmadik személynek.

3) Ha csupán a mérési képesség dokumentálását kérnénk, akkor ezt a gyártókon kívül más kalibrálólaborok is elvégezhetnék, ha fel vannak szerelve megfelelő (a hőkamera mérési pontosságánál egy nagyságrenddel pontosabb) referenciasugárzókkal. A kalibrálólabornak azonban ilyenkor őrült nagy feladata lenne, mert dokumentálni kellene {{minden}} egyedi pixelről annak mérési pontosságát a hőkamera minden egyes mérési tartományában kellő gyakoriságú hőmérsékletértékeken. Ez a gyártók által megvalósított (éppen ezt tartalmazó) automatizált kalibrálási folyamathoz képest egy elképesztően hosszú és terjedelmes munkafolyamat lenne, amely gazdaságilag kifizethetetlen. A kalibrálást ezért egy-két „referencia-hőmérsékletre” korlátozni, vagy csak a hőkép középső pixeléről meghatározni annak hőmérséklet-mérési pontosságát már legfeljebb egypontos hőmérséklet-mérési ellenőrzésnek nevezhető, de semmiképpen sem a hőkamera kalibrálásának.

4) Hőkamerák {{hitelesítése}} pedig egyáltalán nem létező dolog. Egyrészt a hőkamerák nem szerepelnek a hitelesítendő eszközökre vonatkozó törvény felsorolási mellékletében, másrészt a hőkamerák kalibrálására Magyarországon akkreditált intézmény sincs. Így akkreditált kalibrálás hiányában hitelesítésre sem képes senki. (Még ha a törvény így rendelkezne, akkor sem.) A hitelesített hőkamerával való munkavégzés felkínálása vagy egy ilyen tulajdonság valótlan dokumentálása ennek értelmében akár a fogyasztók megtévesztésének is értelmezhető, amelyet a PTK büntet.

kalibralas.jpg
1. ábra: Összefüggés a méréstartomány és az érzékelő-jelleggörba között [forrás: Infratec]

Mobil hőkamerák helyszíni kiértékelési funkciói

A termográfia – mint „képalkotó” érintésmentes hőmérséklet-mérési eljárás – során első lépésként a mérési adatok (a sugárzásintenzitás digitalizált értéke mindegyik pixelről) gyűjtésére kerül sor. Ezeket az értékeket akár rögtön a mérés során (a hőkamerában) vagy a későbbi kiértékelésnél megfelelően fel kell dolgozni, matematikailag korrigálni (hőmérsékletre átszámolni), és ezután megjeleníteni. A konkrét mérési feladattól függően igen különbözőek a hőképek kiértékelésére vonatkozó követelmények. Amíg egyes esetekben egy-egy képpont (mérőpont) konkrét hőmérsékletének számszerű meghatározása elegendő, úgy más esetekben az egész hőkép minden egyes pixele emisszióértékének korrekciója vagy akár teljes képsorozatok felvétele és kiértékelése szükséges a kívánt hőmérséklet-összefüggések, illetve -folyamatok (például hőmérséklet-idő diagram formájában való) kiértékeléséhez.

Gyakran már a mérés közben (akár valós időben) szükséges az adatok kiértékelése és hőmérsékletértékként „feldolgozott” megjelenítése. Az úgynevezett élő kiértékelés gyakorlatilag a hőkamerákban lévő kezelői szoftver részét, illetve beépített bővítését jelenti, így kezelése is integrálódik a hőkamera üzemeltetésének folyamatába. 1. táblázatunk felsorolja a modern (professzionális) hőkamerákba beépített/beépíthető „automatikus” segédfunkciókat és valós idejű kiértékelési lehetőségeket, a teljesség igénye nélkül.

FunkcióMagyarázat
Autófókusza hőkép fókuszálása a legmeredekebb hőmérséklet-gradiens alapján
Automatikus méréshatármérés- (kalibrálási) tartomány beállítása az aktuális mérés szerint
Automatikus hőkép-skálázásmegjelenítés-skálázás az aktuálisan mért min/max értékek alapján
Hőmérséklet-színskálatöbb választható szín- és/vagy szürke-skála értékfeltüntetéssel
Képpont-hőmérséklet kijelzésea hőkép középső pixelének hőmérsékletének élő kijelzése
Kurzoros hőmérséklet-kijelzésegy vagy több mozgatható kurzor hőmérsékletének élő kijelzése
Min/Max hőmérséklet-kijelzésa leghidegebb / legmelegebb pixel helyének és értékének kijelzése
Többfelületes hőmérséklet-kijelzésdefiniálható felületek átlag-, csúcs-, vagy minimumérték kijelzése
Izotermák kijelzésedefiniált hőmérséklet-tartományú pixelek egyszínű kiemelése
Különbségképző képmegjelenítéshőmérséklet-eltérések ábrázolása referencia-hőképhez képest
Hőképátlagolástöbb hőkép átlagának képzése (zajelnyomás, érzékenységnövelés)
Hőmérséklet-riasztásvizuális / akusztikus riasztás minimum ill. maximum túllépése esetén
Automatikus tároláshőmérséklet-érték függően triggerelt automatikus mérés-tárolás
Kompozit képmegjelenítésvizuális kép (fénykép) és hőkép folyamatos (élő) egymásra vetítése
Hőképsorozat tárolásahőképadat sorozat-tárolása a hőkamerában (PC csatlakozás nélkül)
Digitális hangrögzítésakusztikai kommentár hozzáfűzése a tárolt hőkép-adatokhoz
GPS-adatok kezeléseföldi és légi járműves hőképfelvételek térképészeti hozzárendelése
Távvezérelhetőséghőkamera-funkciók távvezérelhetősége (kábellel vagy kábel-nélkül)

 

Minél több ilyen funkciót találunk a hőkameránkban, annál sokoldalúbb annak alkalmazhatósága, és annál kényelmesebb és hatékonyabb a helyszíni munkavégzés. Az említett kiértékelési lehetőségekből kiemelnénk a mérések tárolásának hőmérséklet­függő indítását, amely gyakran igen sokat segít az előre nem látható időpontú termikus események rögzítésénél. Gyors folyamatok esetében pedig a hőképsorozat-rögzítési funkció jelenti a megoldás, kihasználva a termográfia utolérhetetlen előnyét: még akár másodpercek töredéke alatt lezajló termikus folyamatok rögzítésére is mód van.

A hőkamerába épített kompozit (egyes cégeknél fúziónak is nevezett) képmegjelenítésnek köszönhetően pedig nem kell már a dokumentációhoz külön fényképeket készíteni és befűzni, ami számottevő időmegtakarítási lehetőség. Sőt, az így megvalósított hőkép és fénykép egymásra vetítésénél sehogyan sem lehet jobban (és könnyebben felismerhetően) grafikusan dokumentálni a tárgy hőmérséklet-összefüggéseit.

kompozit.jpg
2. ábra: Kompozit megjelenítés [forrás: Infratec]

Speciális termográfiai szűrők hőkamerákhoz

Rengeteg olyan mérési feladat van, amelynek megvalósításához nem elég csak a megfelelő spektrális érzékenységű (hullámhossz-tartományú) hőkamerát kiválasztani, hanem a mérni kívánt tárgyhőmérséklet vagy fizikai jelenség érzékeléséhez ezen túl még speciális, infravörös hullámhossz-tartományú szűrők is szükségesek. Hőkameratípustól és -kiviteltől függően a szűrők vagy kívülről (a lencse elé) helyezendők (mint például a CO2-lézervédő szűrők) vagy beépítésre kerülnek a hőkamerán belül elhelyezett szűrőválasztó forgótárcsába, amely a szűrők szoftveres kiválasztását teszi lehetővé (nagyon fontos például az üvegfelületi és üvegen át szűrők esetén izzószálas és ívplazmás fényforrások belső alkatrészeinek és üveg- vagy kerámiabúrainak bevizsgálása során). 2. és 3. táblázatunk csupán néhány leggyakrabban előforduló szűrőt tartalmaz.

Típus

Hullámhossz

Funkció

BP

3,6–4 µm

csökkenti az atmoszféra hatását

HP

3,6 µm

csökkenti a nap visszaverődését

NBP

2,3 µm

mérés üvegen át

NBP

5,0 µm

mérés üvegfelületen

BP

3,7–4 µm

mérés lángokon át

BO

3,9 µm

méréstartomány-növelés

NBP

4,25 µm

lánghőmérséklet érzékelése

NBP

4,25 µm

polietilén spektrális vonala

Típus

Hullámhossz

Funkció

NBP

8,3 µm

teflon spektrális vonala

HP

7,5 µm

rövidebb hullámhosszok kizárása

NBP

10,6 µm

CO2-lézervédő szűrő

 

Rahne Eric  (PIM Kft.)
pim-kft.hu
gepszakerto.hu

 

Kapcsolatfelvétel

A publikáció tartalmát szerzői jogok védik, ennek (akár csak részben történő) felhasználása, elektronikus vagy nyomtatott tovább-publikálása csak a forrás és a szerző nevének feltüntetése mellett, valamint a szerző előzetes írásos engedélyének megléte esetén megengedett. A szerzői jogok (Copyright) megsértése jogi következményekkel jár.