1© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen,

Matthias Krauß

InfraTec GmbH Infrarotsensorik und Messtechnik

01217 Dresden, Gostritzer Str. 61 63, GERMANY

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Vorstellung InfraTec GmbH

Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

4© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Dresden

Fakten

Wurzeln: TU Dresden / Prof. Walther

gegründet 1991 in Dresden

in Privatbesitz

110 Mitarbeiter

Profil

Spezialist für Produkte undLeistungen der Infrarot-Technologie

Geschäftsbereiche

Sensorik

Infrarot-Messtechnik

ÜbersichtInfraTec GmbH

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Entwicklung und Produktion kundenspezifischer IR-Detektoren

AnwendungsgebietePyrometrie

Gasanalytik

Spektroskopie

Flammensensorik

optische Messungen

Geschäftsbereich SensorikInfraTec GmbH

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Entwicklung und Produktion kundenspezifischer IR-Detektoren

Geschäftsbereich SensorikInfraTec GmbH

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Thermografiesysteme für:Forschung & EntwicklungGebäudeinspektionProzess- & QualitätskontrolleVorbeugende Instandhaltung

Thermografie-Automation für:ProzessmonitoringBrandfrüherkennungObjektüberwachung

Thermografie-SchulungenThermografie-DienstleistungenThermografie-Software

Geschäftsbereich InfrarotmesstechnikInfraTec GmbH

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Vorstellung InfraTec GmbH

Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

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Thermografie als TemperaturmessverfahrenSpektralbereich

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Prinzip der thermografischen MessanordnungThermografie als Temperaturmessverfahren

12© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

1,E-06

1,E-05

1,E-04

1,E-03

1,E-02

1,E-01

1,E+00

1,E+01

1,E+02

1,E+03

1,E+04

1,E+05

0,1 1 10 100

6000 °C

500 °C

2000 °C

0 °C

-196 °C

spez

. spe

ktra

le A

usst

rahl

ung

(W/c

m²µ

m)

Wellenlänge (µm)

sichtbarerBereich

Thermografie als TemperaturmessverfahrenMessobjekt, PLANCKsches Strahlungsgesetz

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2,0 µm1.200 °CEisen, hellglühend

0,6 µm6.000 °CSonnenoberfläche

3,3 µm600 °CEisen, dunkelrotglühend

7,8 µm100 °Ckochendes Wasser

9,5 µm32 °CHaut

11,4 µm-18 °CTiefkühlkost

StrahlungsmaximumTemperaturKörper

Messobjekt, WIENsches VerschiebunsgesetzThermografie als Temperaturmessverfahren

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Thermografie als TemperaturmessverfahrenStrahlungsanteile in der thermografischen Messanordnung

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el + tl+ rl= 1

Spezialfall Merkmal AuswirkungSchwarzer Strahler e = 1 t = 0, r = 0idealer Spiegel r = 1 e = 0, t = 0ideales Fenster t = 1 e = 0, r = 0nichttransparenter Körper t = 0 e + r = 1

Allgemeiner Zusammenhang bei allen Messobjekten:

Spezialfälle:

Messobjekt, Emission, Reflexion, TransmissionThermografie als Temperaturmessverfahren

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1 Emaille, 2 Gips, 3 Beton,4 Schamotte

Materialzusammensetzung

Oxidschichten der Oberfläche

Rautiefe der Oberfläche

Winkel zur Flächennormalen

Temperatur

Polarisation

thermografische Messungen sind an vielen Baustoffenproblemlos möglich

Messobjekt, spektraler EmissionsgradThermografie als Temperaturmessverfahren

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bei thermografischen Messungen an Fenstern und Metallflächen sinddie spektralen Besonderheiten der Materialien zu beachten

Transmission, Emission undReflexion von Glas

Emission von Metallen

Messobjekt, spektraler EmissionsgradThermografie als Temperaturmessverfahren

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Thermografie als TemperaturmessverfahrenStrahlungsanteile in der thermografischen Messanordnung

19© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

0 2 4 6 8 10 12 14

l (mm)

Spek

tral

er T

rans

mis

sion

sgra

d

(3...5) µm (8...14) µm

Länge 10 m, 25 °C, 1013 mbar, 85 % r.F.)

Thermografie als TemperaturmessverfahrenMessstrecke, Transmission der Atmosphäre

LWIRMWIR

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Vorstellung InfraTec GmbH

Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

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FPA(Focal Plane Array)-SystemScannersystem

ThermografiesystemeGrundprinzipien

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Infrarotkameras

Thermografiekameras Imager

Focal Plane Array(FPA)

Pyricon-Imager

Scanner Focal Plane Array(FPA)

gekühlt ungekühlt

Scanner

gekühlt ungekühlt

ThermografiesystemeEinordnung

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ThermografiesystemeAufbau und Parameter

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mobileIR M4

Low-Cost High-End

ThermografiesystemeAufbau und Parameter

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320 x 240, optional 640x 480 durch ResolutionEnhancement

256 x 256360 x 240Bildformat (Pixel)

32° H x 24° V14° H x 14° V30° H x 20° VBildfeld(Standardoptik)

(-40 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

(-25 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

(-40 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

Temperatur-Messbereich

besser als 0,08 Kbesser als 0,1 Kbesser als 0,12 /0,03 Kthermische Auflösung@ 30 °C

50 / 60 Hz50 Hz1,1 HzBildfrequenz

keineStirling-KühlerPeltier/Stirling o.Flüssigstickstoff

KühlungMikrobolometerarrayPtSiHgCdTeDetektor

Focal Plane Array (320x 240)

Focal Plane Array (256x 256)

Scanner-SystemAufnahmeverfahren

(7,5 ... 14) µm(1,8 ... 5) µm(2 ... 5)/(8 ... 12) µmSpektralbereichVarioCAM®VarioTHERM headVARIOSCANEigenschaft/Typ

ThermografiesystemeAufbau und Parameter

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CF-Karte, optionalFireWire (IEEE 1394)

CF-Karte, optionalFireWire (IEEE 1394)

CF-Karte, optionalEthernet

Bildspeicherung

ca. 2 kg2,6 kgca. 5 kgGewicht(Vollausstattung)

(235 x 185 x 110) mm(194 x 110 x 126) mm(240 x 192 x 1200) mmAbmessungen

(-15 ... 50) °C(-10 ... 50) °C(- 10 ... 40) °CArbeitstemperatur-bereich

16 Bit16 Bit16 BitDigitalisierungstiefe±2 K, ±2 %±2 K, ±2 %±2 K, ±1 %Messgenauigkeit

bis 4,2-fach digital,stufenlos

2-fach; 5-fachelektrooptisch, max. 6-fach, auch horizon-tal/vertikal getrennt

Zoomfunktion

1,8 mrad1 mrad3 / 1,5 mradIFOV (Standardoptik)VarioCAM®VarioTHERM headVARIOSCANEigenschaft/Typ

ThermografiesystemeAufbau und Parameter

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optional FireWire (IEEE1394)

12 V DCca. 3/2 h mitStandardakku

Betriebszeit mit Akku

Li-Ionen-Akku,Netzadapter,

keineLi-Ionen-Akku,Netzadapter

Stromversorgung

optional, (640 x 480)Pixel, Farbe

keinekeineintegrierte digitaleVideokamera

RS232, optionalFireWire (IEEE 1394)

RS232, FireWire (IEEE1394)

RS232, optionalEthernet

digitale Schnittstellen

PAL/NTSC-FBAS und -S-Video, Headset

PAL/NTSC-FBAS und -S-Video

RGBanaloge SchnittstellenVarioCAM®VarioTHERM headVARIOSCANEigenschaft/Typ

ThermografiesystemeAufbau und Parameter

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(-15 ... 50) °C(-10 ... 50) °C(- 10 ... 40) °CArbeitstemperatur-bereich

±2 K, ±2 %±2 K, ±2 %±2 K, ±1 %Messgenauigkeit

(-40 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

(-25 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

(-40 ... 1.200) °C,optional > 2.000 °C

Temperatur-Messbereich

besser als 0,08 Kbesser als 0,1 Kbesser als 0,12 /0,03 Kthermische Auflösung@ 30 °C

(7,5 ... 14) µm(1,8 ... 5) µm(2 ... 5)/(8 ... 12) µmSpektralbereichVarioCAM®VarioTHERM headVARIOSCANEigenschaft/Typ

ThermografiesystemeAufbau und Parameter

29© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Optik mit Temperatursensor

Shutter mit TemperatursensorDetektorarray mit Temperatursensor

Kamerakorpus mit Temperatursensor

ThermografiesystemePrinzip der Temperaturmessung in FPA-Thermografiesystemen

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Optik mit Temperatursensor

Shutter mit TemperatursensorDetektorarray mit Temperatursensor

Kamerakorpus mit Temperatursensor

ThermografiesystemePrinzip der Temperaturmessung in FPA-Thermografiesystemen

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permanente berührende Messung der Temperaturen von Optik,

Shutter, Kamerakorpus und Detektorarray

daraus erfolgt die permanente Berechnung der aktuell zu

verwendenden Kennlinie, die bei der Kalibration eingelernt wurde

mit dieser Kennlinie werden die korrigierten Pixelsignale in

Schwarzkörpertemperaturen umgerechnet

abschließend werden die allgemeinen strahlungsphysikalischen

Randbedingungen der realen Messanordnung eingerechnet

ThermografiesystemePrinzip der Temperaturmessung in FPA-Thermografiesystemen

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Spektralbereich: (3 ... 5) µm und (8 ... 14) µm

Temperaturmessbereich: (-100 ... 3.000) °C

thermische Auflösung: (80 ... 10) mK

Absolutgenauigkeit: (2 ... 0,5) %

Zeitauflösung: Integrationszeit bis µs; Bildfrequenz bis kHz

Ortsauflösung: bis 5 µm

Messabstand: mm bis km

Preisbereich: <10 kEUR bis >150 kEUR

Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungLeistungsspektrum der Thermografie als Temperaturmessverfahren

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Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

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Entwicklung wird nach wie vor von den militärischen Applikationen

bestimmt

FPA-Detektortechnologie ist maßgeblich

ungekühlte Mikrobolometer-FPA-Detektoren für allgemeine (Low-

Cost-)Anwendungen im LWIR

gekühlte FPA-Photonendetektoren für schnelle und thermisch

hochauflösende Anwendungen im MWIR und LWIR

A/D-Wandlung in Detektor, DSP

diffraktive Optiken, gepresste Optiken

Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungKernaussagen

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Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungMikrobolometer-FPA-Detektoren, Technologie

36© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungMikrobolometer-FPA-Detektoren, Technologie

37© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungMikrobolometer-FPA-Detektoren, wo geht es hin?

Pixelzahlen: (640 x 480)à (1280 x 960)

Pitch: 25 µmà 15 µm

NETD (300 K, 50 Hz, F/1.0): 50 mKà 25 mK

digitale Signalverarbeitung im ROIC

Vakuumverschluss im Wafermaßstab für Low-Cost (160 x 120)

38© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und GeräteentwicklungMikrobolometer-FPA-Detektoren, kommerzielle Anwendungen

39© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklunggekühlte FPA-Photonendetektoren, Roadmap MWIR

40© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklunggekühlte FPA-Photonendetektoren, Roadmap LWIR

41© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklunggekühlte FPA-Photonendetektoren, kommerzielle Anwendungen

42© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Vorstellung InfraTec GmbH

Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

43© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

vor Sanierung

Thermografie im BauwesenQuantifizierung der Wärmedämmung

nach Sanierung

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Wärmebrücken

Thermografie im BauwesenSchwachstellenanalyse

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Thermografie im BauwesenSchwachstellenanalyse

Feuchteschäden

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Thermografie im BauwesenSchwachstellenanalyse

Luftundichtigkeiten (bei Blower-Door-Prüfung)

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Leitungsverläufediverser Wand- undFußbodenheizungen

Thermografie im BauwesenOrtung verdeckter Elemente

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Thermografie im BauwesenOrtung verdeckter Elemente

49© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Leckageortung anverdeckten Leitungen

Thermografie im BauwesenLeckageortung

50© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Kontrolle der Funktionsfähigkeit undAusführungsqualität

Thermografie im BauwesenKlimadecken

51© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie im Bauwesen - TendenzenExpertensystem FORNAX - Oberflächenkondensation

52© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie im Bauwesen - TendenzenExpertensystem FORNAX innere Kondensation

53© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie im Bauwesen - TendenzenExpertensystem FORNAX Frostverwitterung

54© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie im Bauwesen - TendenzenExpertensystem FORNAX Wärmestrom

55© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie im Bauwesen - TendenzenExpertensystem FORNAX Energiekostenberechnung

56© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Allgemeine Anwendungen der ThermografieIsolationsüberwachung

57© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Allgemeine Anwendungen der ThermografieThermische Diagnose

58© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Allgemeine Anwendungen der ThermografieElektronik

Micro-thermographic image of a chip Zoom measuring for hot spot detection

59© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Allgemeine Anwendungen der ThermografieElektroanlagen

60© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Allgemeine Anwendungen der ThermografieElektroanlagen

63© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Vorstellung InfraTec GmbH

Thermografie als Temperaturmessverfahren

Thermografiesysteme

Tendenzen der Detektor- und Geräteentwicklung

Allgemeine Anwendungen der Thermografie

Thermografie-Automation

Thermografie als Mess- und MonitoringverfahrenStand und Tendenzen

64© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Brandfrüherkennung

Infrarot-ÜberwachungssystemWASTE-SCAN zurBrandfrüherkennung in Müllbunkern

Thermografie-Automation

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Thermografische Echtzeit-Profil- und Segmentmessungen an Bremsscheibenbis 400 km/h

BremsenprüfständeThermografie-Automation

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Thermografische Überwachung von Walzprozessen und geometrischeVermessung des bewegten Walzgutes

WalzgutvermessungThermografie-Automation

67© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

WalzgutvermessungThermografie-Automation

68© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Lichtinduzierte Lock-in-Thermografie (LimoLIT) zur Qualitätssicherung

SolarzellenprüfungThermografie-Automation

69© 2006 InfraTec.net Thermografie als Mess- und Monitoringverfahren, Lichtenwalde, 13. Oktober 2006

Thermografie-AutomationEchtzeit-Thermografie

Qualitätsüberwachung/Fertigungssteuerung in der StahlindustrieThermografie-Automation

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Vielen Dank!