Wie funktioniert eine Wärmebildkamera?

Eine Wärmebildkamera, oft auch als Infrarotkamera bezeichnet, kann keine Temperaturen messen. Sie kann lediglich die Strahlungsintensität innerhalb des Infrarot Bereichs, der für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, aufzeichnen und als Wärmebild wiedergeben. In der Wärmebildkamera wird die Infrarotstrahlung (Photonenfluss) in ein elektrisches Signal umgewandelt und als sichtbares Bild wiedergegeben. Zwischen der elektromagnetischen Strahlung und der Temperatur besteht ein Zusammenhang. Dieser Zusammenhang wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz wiedergegeben:

 

W = σ · T4

W = Intensität der Strahlung

σ = Stefan-Boltzmann-Konstante = 5,67 · 10-8 W/(m²·K)

T = gemessene Temperatur in Kelvin

 

Anhand dieser Formel erkennt eine Wärmebildkamera nicht nur die Strahlung an einer Oberfläche, sie kann auch die Temperatur einer Oberfläche berechnen. Für eine korrekte Temperaturmessung müssen weitere Parameter wie Emissionsgrad, reflektierte Temperatur, Umgebungstemperatur, Luftfeuchte und Abstand in der Kamera eingetragen werden.

Es werden bei Wärmebildkameras zwei verschiedene Detektorarten verwendet:

Mikrobolometer
Ein Mikrobolometer funktioniert ähnlich wie ein thermischer Widerstand. Durch die  eingehende Strahlung erwärmen sich die einzelnen Detektorelemente (Pixel). Die thermische Reaktionszeit bei einem Mikrobolometer liegt bei ca. 8 bis 12 ms wodurch die Geschwindigkeit bzw. Bildwiederholrate sehr eingeschränkt ist. Bei einem gekühlten InSb (Indium Antimonid) Detektor wird die eingehende Strahlung direkt in ein elektrischen Signal umgewandelt. Die elektrische Reaktionszeit beträgt ca. 1 µs.

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