Thermische Auflösung
Die thermische Auflösung beschreibt die kleinste Temperaturdifferenz zwischen Objekten oder Bereichen, die eine Wärmebildkamera zuverlässig auflösen kann. Diese Größe – auch bekannt als Temperaturauflösung oder NETD (Noise Equivalent Temperature Difference) – ist ein Maß für die Empfindlichkeit des Detektors und ein entscheidender Parameter für die Leistungsfähigkeit einer Wärmebildkamera.
Eine höhere thermische Auflösung bedeutet, dass die Kamera feinere Temperaturunterschiede messen kann. Das heißt, sie liefert detailliertere und zuverlässiger auswertbare Wärmebilder.
Wärmebildkameras erfassen die von einem Messobjekt ausgesandte Wärme- bzw. Infrarotstrahlung und wandeln diese in ein elektrisches Signal um. Dieses setzt sich aus dem Nutzsignal und dem Rauschen zusammen.
Signal-Rausch-Verhältnis: Entscheidend für die Messgenauigkeit
Für die Messgenauigkeit spielt neben der korrekten Kalibrierung (siehe unten) das sogenannte Signal-Rausch-Verhältnis (signal-to-noise Ratio, SNR) eine zentrale Rolle. Dieses allgemein in der gesamten Messtechnik angewandte Qualitätskriterium beschreibt, wie deutlich sich das Nutzsignal (die gewünschte Messinformation) vom Störsignal abhebt. Als Störsignal wirken Signalanteile, die z. B. durch Umgebungseinflüsse, den inneren Aufbau der Kamera (z. B. die Wärmestrahlung der Blende), aufgrund von Systemeigenschaften der Messanordnung (Drift) oder Eigenschaften des Detektors (Rauschen) entstehen.
Je größer das Verhältnis zwischen Nutzsignal und Störsignal ist, umso besser lassen sich kleine Temperaturunterschiede zuverlässig feststellen und umso aussagekräftiger ist die Messung. Höhere Temperaturen erzeugen stets auch eine höhere Signalintensität und damit ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis.
Da alle Körper oberhalb des absoluten Nullpunkts (-273,15 °C) Wärmestrahlung emittieren – auch die Wärmebildkamera selbst – ist bei thermografischen Messungen ein Einfluss auf das Messergebnis unvermeidbar, sodass der objektive Vergleich von verschiedenen Geräten nur bei einer Referenztemperatur möglich ist. Hersteller geben die thermische Empfindlichkeit ihrer Wärmebildkameras üblicherweise für 30 °C an.
Beispiel:
Eine thermische Auflösung von 30 mK bedeutet, dass bei 30 °C Objekttemperatur ein Temperaturunterschied von 0,03 K (also der Unterschied zwischen z. B. 29,99 °C und 30,02 °C) von der Kamera erfasst bzw. aufgelöst werden kann und nicht vom Eigenrauschen des Kamerasystems überdeckt wird.
Geeignete Messbereiche
Um möglichst aussagekräftige Ergebnisse mit einer hohen thermischen Auflösung zu erreichen, wird sinnvollerweise eine Wärmebildkamera eingesetzt, die in dem spektralen Bereich misst, wo das Signalmaximum der Objektstrahlung zu erwarten ist. Die Temperatur und die Wellenlänge, bei der maximale Emission auftritt, verhalten sich nach dem Wien’schen Verschiebungsgesetz umgekehrt proportional zueinander. Das bedeutet: Je niedriger die Temperatur des Messobjektes ist, desto höher ist die Wellenlänge der maximalen Emission.
Bei moderaten Temperaturen (z. B. bei Raumtemperatur) empfiehlt sich der Einsatz einer Thermografiekamera, die im langwelligen Spektralbereich (LWIR) arbeitet. Für hohe Objekttemperaturen sind hingegen Wärmebildkameras besser geeignet, die im kurzwelligen Spektralbereich (SWIR) messen. InfraTec bietet Lösungen für alle thermografischen Messaufgaben an.
Kalibrierung ermöglicht exakte Absolutmessung von Temperaturen
Wärmebildkameras können Temperaturunterschiede sehr gut erkennen – mit speziellen Methoden wie der Lock-In-Thermografie bis in den µK-Bereich. Für eine exakte Messung von Temperaturen ist eine hohe thermische Auflösung allein jedoch nicht ausreichend. Kamera und verwendete Optik müssen für den jeweiligen Temperaturbereich aufwändig kalibriert werden.
Bei InfraTec gehört die radiometrische Kalibrierung zum Standard, d. h. mit allen Wärmebildkameras ist die Absolutmessung von Temperaturen möglich.
Für welche Anwendungen ist eine hohe thermische Auflösung erforderlich?
Eine hohe thermische Auflösung ist vor allem dann entscheidend, wenn kleinste Temperaturunterschiede Hinweise auf Fehler oder Anomalien geben können. Typische Anwendungsbereiche sind:
Fehlersuche an elektronischen Bauteilen
Material- und Werkstoffprüfung in der Forschung und Entwicklung
Qualitätskontrolle in der Industrie, Luft- und Raumfahrt
Medizinische Diagnostik
Abhängigkeiten der thermischen Auflösung
Die Qualität einer thermografischen Messung ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Dazu gehören:
Typ und Qualität des implementierten IR-Sensors
Spektraler Empfindlichkeitsbereich der Kamera
Optikdesign (Linsenmaterial, Coating, Apertur (F/1))
Intern verwendete Bildverarbeitungsalgorithmen (Spezialfilter, Bildakkumulation, Shutter-Regime)
Messbereiche (Integrationszeiten, Blenden, Graufilter)
Die Vorteile der Thermografiekameras von InfraTec
Die gekühlten und ungekühlten Kamerasysteme von InfraTec bieten höchste thermische Auflösungen – ein entscheidender Vorteil für präzise Messergebnisse und zuverlässige Analysen. Selbst bei niedrigen Objekttemperaturen mit geringer Signalintensität ermöglichen sie rauschfreie und detailreiche Thermogramme mit hervorragender Bildhomogenität.
Vorteile im Überblick:
Thermische Auflösung von 0,015 K (15 mK) – zuverlässige Detektion feinster Temperaturunterschiede am Messobjekt
Präzise Absolutmessung mit einer Messgenauigkeit von ±1 °C oder ±1 % dank aufwändiger radiometrischer Kalibrierung
Rauschfreie, detailgetreue Darstellung kleinster Temperaturdifferenzen – auch bei tiefen Temperaturen
Herausragende Bildqualität durch lichtstarke und präzise Infrarotoptiken
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