Korszerű hőkamerák szakmai szemmel (VIII): spektrális termográfia speciális termográfiai szűrőkkel

GyártásTrend 2015/10, Műszaki diagnosztika rovat

Korszerű hőkamerák szakmai szemmel (VIII)

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 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, ami 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 kerámiaburáinak bevizsgálása során).

Ttermográfiai szűrők (forrás: Infratec)
1. ábra: termográfiai szűrők [forrás: InfraTec]

Infravörös szűrőket igénylő alkalmazások példái

Üveggel kapcsolatos mérések

Szinte „klasszikusnak” mondhatók az üveggel kapcsolatos mérési feladatok. Akár csak az üvegfelület pontos hőmérsékletét, akár az üveg mögött található (magas hőmérsékletű) tárgy hőmérsékletét kívánjuk meghatározni, szükségünk van egy középhullámhossz-tartományú hőkamerára. És megfelelő szűrők is kellenek még hozzá, mert nélkülük összeadódik az üvegen át érkező és az üveg saját hőmérséklete révén annak felületéről leadott sugárzás. Ha megfelelő szűrővel a 3,5 µm-nél rövidebb sugárzást kizárjuk, akkor csak az üveghőmérsékletet képviselő sugárzást érzékeljük, egy másik – 3,5 µm-ig átengedő képességgel rendelkező – szűrővel pedig az üvegen átjutó sugárzást tudjuk csak érzékelni, amely éppen arányos az üveg mögött rejlő tárgy hőmérsékletével.

Szűrők alkalmazásának hatása (forrás: Infratec)
2. ábra: balra szűrő nélküli, közép üvegen-át szűrős, jobbra üveg-felületi szűrős mérés [forrás: InfraTec]

Égő gázokkal kapcsolatos mérések

Szinte kivétel nélkül szűrőt kívánnak mindazok a mérési feladatok, amelyek során égő gázok hőmérsékletét, vagy éppen az égési folyamatok által melegített tárgyak hőmérsékletét akarjuk meghatározni (az utóbbi esetben lehetőleg a lángok által kibocsátott sugárzás mérésünkre gyakorolt hatása nélkül.) Amíg az első esetben ehhez egy középhullámos hőkamera mellett még egy 4,25 µm-es keskenysávú szűrő kell, az utóbbi feladatot ugyanezzel a hőkamerával és egy 3,7–4 µm sávszűrővel, illetve egy hosszúhullámú hőkamerával (gyakorlatilag szűrő nélkül is) oldhatjuk meg.

Láng-hőmérséklet mérése (forrás: Infratec)
3. ábra: láng-hőmérséklet mérése [forrás: InfraTec]

Vékony műanyagok mérése

A további – szűrők nélkül csak pontatlanul vagy egyáltalán nem megoldható – mérési feladatok közül a nagyon vékony műanyagok (fóliák) hőmérsékletének meghatározását emelnénk ki. Ha tudjuk, hogy a fólia mely hullámhosszakat képes elnyelni, a Kirchhoff-féle törvény szerint tudjuk azt is, hogy ugyanezeken a hullámhosszakon képes a saját hőmérsékletével összefüggő sugárzás kibocsátásra. Egy éppen erre a hullámhosszra – például polietilén esetén 3,4 µm-re – szűkített lyukszűrővel lehetővé válik tehát a fólia hőmérsékletének meghatározása függetlenül attól, milyen hőmérsékletű tárgyak vannak a hátterében.

Polietilén transzmissziós jelleggörbéje (forrás: Infratec)
4. ábra: polietilén fólia átviteli tulajdonsága [forrás: InfraTec]
Vékony fólia hőmérséklet-merese (forrás: Infratec)
5. ábra: 50 µm vastag polietilén fólia hőmérséklete [forrás: InfraTec]

Napelemek mérése

Szintén ajánlatos szűrőket alkalmaznunk, amikor szolárcellák üzem közbeni bevizsgálását kívánunk elvégezni. Mivel ezek a cellák csak napsütés hatására működnek, természetesen napsütés alatt végzendő el a mérés. E közben pedig felületükön igen erősen jelen lesz a napsugárzás reflexiója, amely a napcellák saját hőmérsékletével összehasonlítva hatalmas (nagyság­rendekkel nagyobb) energiatartalmú, és így méréseink­re ennek megfelelő nagyságrendű hatással is lesz. Ennek kivédésére a közép- és a hosszúhullámú hő­kamerákhoz egyaránt speciális – napreflexió-csökkentő – szűrőket kínálnak.

Szolárcellák termográfiai ellenőrzése (forrás: PIM)
6. ábra: napcellás tetőfelület bevizsgálása [forrás: PIM]

Lézeres technológiák mérése

Vigyázat a lézeres technológiák – pl. lézeres vágás, hegesztés vagy forrasztás – esetén! Nem egy hőkamera-gyártónak van már kész gyűjteménye I love You feliratú és szíves díszítésű hőkamera-detektorokból – pedig a legtöbb lézer nem is dolgozik a hőkamerák által érzékelt hullámhosszokon. Ellenben tönkre tudják tenni a hőkamerák érzékelőit, mert hihetetlen nagy energiasűrűséggel dolgoznak. A hőkamerák bemeneti lencse és maga az érzékelőjének burkolata (fedőrétege) a hőkamera típusának megfelelő atmoszferikus ablakhoz tartozó hullámhossztartományra lehetőleg közel 100 százalékos átengedő képességgel rendelkeznek, az ezen kívül eső hullámhosszokra a transzmissziójuk minimális – de nem nulla! Ebből kifolyólag a nagy teljesítménysűrűségű lézereknek egészen a hőkamera érzékelőig átjutó „maradék” sugárzásintenzitása még mindig elég lesz ahhoz, hogy az érzékelő érintett pixelei visszafordíthatatlanul sérüljenek.. És ez nemcsak a közvetlen lézersugara igaz, hanem a mérendő tárgy által reflektált lézersugarakra is. Ennek megfelelően célszerű úgynevezett lézervédő szűrőket (védőablakokat) alkalmaznunk. Különösen igaz ez az éppen a hosszúhullámú hőkamerák által detektált hullámhosszban működő CO2-(10,6 µm-es) lézer esetén.

Gázszivárgás felderítése

Gázszivárgás-kereséshez is speciális szűrők szükségesek, méghozzá mindig pont arra a gázra hangolt hullámhosszal, amelyet detektálni kívánunk. Ebből viszont az is adódik, hogy azok a gázok, amelyek abszorpciós sávja éppen nem esik egyetlen atmoszferikus ablak hullámhosszai közé sem, nem érzékelhetők. Azok pedig, amelynek spektrális vonalai csak a középhullámú atmoszferikus ablakban találhatók meg, csak ideális (laborkörülmények közötti), nagyon nagy érzékenységű fotondetektoros hőkamerákkal mutathatók ki. Marad ezen felül egynéhány olyan gáz, amely a hosszúhullámú tartományban érzékelhető, de a legjobb szűrők ellenére is ezek mérése csak magas gázkoncentrációk esetén kecsegtet sikerrel. Több nagyság­renddel olcsóbb és ezerszer megbízhatóbb a gázszivárgások keresését ultrahang-detektálással elvégezni – akár szikrázó napsütésben is. Ez sűrített levegős rendszereken is működik, ami termográfiával természetesen már elvileg is kizárt.

CO2-szivárgás kimutatása termográfiával (forrás: Infratec)
7. ábra: CO2-szivárgás [forrás: InfraTec]

 

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