Leitender Ingenieur: Robert Kowarsch (Kontakt: Robert.Kowarsch@web.de) Labor-Ingenieure: Daniel Lutz, Jochen Schuler

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. habil Günter Dittmar

Ort: Labor für IR-Technik, Raum G2.23, HTW Aalen

Labortermin: 4. Juni 2008, 11.15 – 17.40 Uhr

Angewandte Thermografie

Protokoll zum studienbegleitenden Laborpraktikum der

Vorlesung „Infrarot-Technik“

Fakultät Optik und Mechatronik

Studiengang Optoelektronik

Aalen, den 09.06.2008

1

Inhalt

1 Thermografie .................................................................................................................................. 2

1.1 Grundlagen ............................................................................................................................... 2

2 Bestimmung der Emissionsgrade verschiedener Oberflächen ...................................................... 3

2.1 Messbedingungen ..................................................................................................................... 3

2.2 Messmittel ................................................................................................................................ 3

2.2.1 Thermografie-Kamera ............................................................................................................. 3

2.2.2 Folienthermometer .................................................................................................................. 4

2.3 Messung ................................................................................................................................... 5

2.4 Messergebnisse und Auswertung .............................................................................................. 6

2.5 Fehlerabschätzung .................................................................................................................... 7

3 Bestimmung der Transmission verschiedener Medien ................................................................. 8

3.1 Messung der Transmission einer Glasplatte............................................................................... 8

3.2 Messung einer Polyethylen-Folie .............................................................................................. 9

4 Thermografie eines Peltier-Kühlers .............................................................................................11

5 Thermografie einer Platine ...........................................................................................................12

6 Thermografie von Verletzungen ...................................................................................................14

7 Thermografie eines Lötkolbens ....................................................................................................16

8 Fragen (5) ......................................................................................................................................17

9 Anhang ..........................................................................................................................................18

9.1 Literaturverzeichnis .................................................................................................................18

9.2 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................18

9.3 Tabellenverzeichnis .................................................................................................................18

2

1 Thermografie

1.1 Grundlagen

Die Thermografie basiert auf der Entdeckung, dass alle Körper aufgrund ihrer Temperatur Wärmestrahlung aussenden. Die spektrale Strahlungsdichte eines idealen Temperaturstrahlers ��,����, ��, einem sogenannten „Schwarzen Körper“ (engl. „Black Body“), wird mit Hilfe des Planckschen Strahlungsgesetzes beschrieben.

Abbildung 1 spektrale Strahldichte eines Schwarzen Strahlers in den Halbraum mit relevantem Spektralbereich

Da jedoch alle Körper selektive Strahler sind, wird für der Quotient aus der tatsächlich emittierten Strahlungsleistung ��,����, �� zur Schwarzkörper-Strahlung ��,����, �� als Emissionsgrad ���, �� der Oberfläche des Körpers definiert.

���, �� ��,����, ����,����, ��

Wie in Abbildung 1 dargestellt wird von der Kamera die spektrale Strahldichte nur in einem beschränkten Spektralbereich detektiert. Deshalb wird der Begriff des „Grauen Strahlers“ mit Bandemissionsgrad �� eingeführt, der jedoch nur im betrachteten Band ���, ��� gültig ist (1).

�� � ��,������������ ��,�����������

Das Dilemma dieser bandbegrenzten Methode ist, dass für eine Thermografie einer Oberfläche keine Unterscheidbarkeit zwischen einer niedrigeren Temperatur und einem verringerten Emissionsgrad existiert. Als Folge muss jeweils in einer separaten Messung eine der Größen gemessen werden, sodass die andere eindeutig bestimmbar wird.

0,000

0,005

0,010

0,015

4 6 8 10 12 14 16

spek

tral

e S

trah

ldic

hte

Le,

BB(λ

) [W

/ cm

²·µ

m·s

r]

Wellenlänge [µm]

300 K

320 K

340 K

360 K

380 K

400 K

3

2 Bestimmung der Emissionsgrade verschiedener Oberflächen

Im folgenden Versuch war es die Aufgabe die Sohle eines Bügeleisens zu thermografieren. Die Oberfläche der Sohle ist in fünf unterschiedlich beschaffene Segmente aufgeteilt, die unterschiedliche Emissionsgrade ��� aufweisen. Somit galt es anhand eines Thermografie-Bildes diese Emissionsgrade festzustellen

2.1 Messbedingungen

Die Messung wurde in einem klimatisierten Raum (zwei Klimaanlagen) bei einer Raumtemperatur von ��� 23 � 3°C durchgeführt. Rund um den Messplatz wurden Styropor-Platten gestellt, damit möglichst keine Wärmestrahlung der Umgebung über die Sohle in die Kamera reflektiert wird. Die Beleuchtung besteht ausschließlich aus Leuchtstoffröhren, deren Strahlungs- und Temperatureintrag vernachlässigbar ist.

Abbildung 2 unkorrigierte Thermografie-Aufnahme mit der Reflexion einer Hand (!"#$% & '(°)� vor allem auf der

polierten Fläche der Bügeleisen-Sohle (!*+,-. /'°)�.

2.2 Messmittel

2.2.1 Thermografie-Kamera

Für die Erzeugung der Bilder im großen atmosphärischen Fenster (8 – 12 µm) wurde die Thermografie-Kamera VARIOSCAN high resolution 3021-ST von Jenoptik verwendet. Dieses Kamerasystem der ersten Generation besitzt lediglich einen HgCdTe-Detektor, der durch einen Stirling-Kühler auf etwa 80 K gekühlt wird. Durch einen xy-Scann-Einheit vor dem Element kann eine Szenerie zweidimensional abgetastet werden. Diese Methode besitzt den Vorteil, dass das beobachtete Feld lediglich durch die Einstellung der Scanwinkel zoombar ist und somit kein teures Zoom-Objektiv nötig ist. Ein Nachteil dieser seriellen Pixel-Aufnahme ist jedoch die geringe Bildwiederholfrequenz, die es lediglich gestattet statische Objekte aufzunehmen.

4

Abbildung 3 Messplatz "Angewandte Thermografie" im IR-Labor. Die Infrarot-Kamera VARIOSCAN wurde auf einem

voll schwenkbaren Stativ zur optimalen Justage aufgebaut.

Einige weitere wichtige Daten der Kamera sind in der folgenden Tabelle zu finden.

Tabelle 1 Auszug aus dem Datenblatt der verwendeten Infrarot-Kamera (2)

VARIOSCAN hr 3021-ST

Temperatur Messbereich -40 – 1.200°C Absoluter Temperaturmessfehler (ϑϑϑϑ = 22°C) ± 2 K

Geometrische Auflösung 1,5 mrad Elektrooptischer Zoom 6:1 Auflösung des Feldes 360x240 (gesamt: 86.400 Pixel) Bildfolgezeit 0,9 s

Mit Hilfe dieser Kamera wurden die Thermografie-Aufnahmen erzeugt und in der Software IRBIS Professional V2.2 bearbeitet.

2.2.2 Folienthermometer

Als Referenzelement für die Bestimmung der tatsächlichen Temperatur diente das Datenlogger-Handgerät ALMEMO 2290-8 der Firma Ahlborn mit dem Temperaturfühler ZA9020-FS. Dieser Folien-Thermometer besteht an der Spitze aus einem Folienpaar des Typs K aus NiCr und Ni und ist in der Lage die Temperatur in einem Bereich von -200 – 1370°C mit einer Auflösung von 0,1 K zu messen. Der gesamte Messfehler des Geräts wird mit etwa ± 0,2 K angegeben (3).

5

2.3 Messung

Das Bügeleisen ROWENTA E5049 wird bei mittlerer Stufe mit einer typischen Zweipunkt-Regelung geheizt. Als untere Schaltgrenze wurde am Regler die Temperatur von 50°C voreingestellt. Die Temperaturverteilung wird immer am oberen Scheitelpunkt des sägezahnförmigen Temperaturverlaufs gemessen, d.h. immer am Ende einer Heizperiode (wenn die Heiz-Indikator-LED erlischt) wird eine Bildfolge aufgenommen. Das so aufgenommen Bild mit der maximalen Temperatur wird schließlich für die Bearbeitung mit der Software herangezogen. Die Referenz-Temperatur der Aluminium-Sohle wurde in drei weiteren Scheitelpunkten der Heizperiode mit Hilfe des Folien-Thermometers gemessen. Anschließend wurden in der Software die Emissionsgrade der 5 Segmente der Sohlen-Oberfläche iterativ solange angepasst bis die im Thermografie-Bild angezeigte Temperatur der Referenz-Temperatur entsprach.

Abbildung 4 Bügeleisen mit Gerät zu Temperaturregelung und Temperaturfühler an der Sohle. Auf der Sohle des

Bügeleisens sind deutlich die fünf Segmente mit unterschiedlicher Beschaffenheit zu erkennen.

Tabelle 2 Bezifferung und Charakterisierung der Sohlen-Segmente

Segment-

Nummer

Oberflächen-

Beschaffenheit

1 poliert 2 gefräst 3 ursprünglich 4 schwarz lackiert 5 weiß lackiert

Regelung des Bügeleisens

Styropor-Platte

Heiz-Indikator-LED

Temperaturfühler

der Regelung

6

2.4 Messergebnisse und Auswertung

Die Referenzmessung der Sohle ergab die Referenz-Temperatur ��2 57,8 � 2°6 . Dieses Ergebnis wurde wie beschrieben zur Kalibrierung der Emissionsgrade der fünf Segmente der Sohle mit Hilfe der Software IRBIS verwendet.

Abbildung 5 Thermografie-Aufnahme des erwärmten Bügeleisens in ca. 60 cm Abstand. Es wurden fünf Messbereiche

(R01-05) in den zu untersuchenden Segmenten auf den realen Emissionsgrad kalibriert.

Die ermittelten Emissionsgrade ��� wurden im Folgenden mit Erwartungswerten ���,7�8 aus der Literatur (4) verglichen.

Tabelle 3 Ermittelte Emissionsgrade der fünf Sohlen-Segmente im Vergleich zu den Erwartungswerten

Segment ermittelter Emissionsgrad Erwartungswert

i Beschaffenheit 9:; 9:;,<;= 1 poliert 0,132 0,09 – 0,18 2 gefräst 0,156 0,11 – 0,20 3 ursprünglich 0,244 0,11 – 0,31 4 schwarz lackiert 0,945 ~ 0,96 5 weiß lackiert 0,833 ~ 0,88

Alle Emissionsgrade scheinen in den Bereich des Erwartungswerts aus der Literatur zu fallen. Zudem zeigt sich die erwartete Tendenz der drei unterschiedlich bearbeiteten Flächen, dass mit geringerem Reflexionsgrad der Emissionsgrad steigt.

7

2.5 Fehlerabschätzung

Grundlage der Fehlerabschätzung ist die Definition des Emissionsgrades �� des grauen Strahlers mit der gemessenen Strahldichte ��,��>> und der theoretischen Strahldichte eines schwarzen Strahlers ��,�� . Hierbei bleibt unbeachtet, dass lediglich im Spektralbereich von 8 – 12 µm gemessen wird. Es gilt mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz

�� ��,��>>��,�� ? · ��,��>>A · �B

mit der Stefan-Boltzmann-Konstanten A Für die Abschätzung wird der relative Maximalfehler des ermittelten Emissionsgrades errechnet.

C∆��� � C E∆��,��>>��,��>> E F C4 · ∆�� C Der erste Term beschreibt die Ungenauigkeiten und Widrigkeiten bei der Messung mit der Infrarot-Kamera. Diese sind ziemlich groß, da Reflektionen des Hintergrunds, schlechte Fokussierung, usw. den Messwert verfälschen können.

E∆��,��>>��,��>> E & 6%

Der zweite Term beinhaltet zwar die Messung mit dem Folien-Thermometer. Dieser Fehler ist jedoch weitaus geringer als die Tatsache, dass jeweils bei verschiedenen Heiz-Zyklen gemessen wurde. Diese Schwankungen kommen aufgrund der vergleichsweise ungenauen Regelung des Bügeleisens zustande. Zudem ist die Temperaturverteilung über die Sohle wegen der endlichen Leifähigkeit des Aluminiums nur näherungsweise homogen.

C∆�� C & 2%

Somit ergibt sich für den relativen Maximalfehler des Emissionsgrades

C∆9:9: C & JK%

Dieser hohe Messfehler ist für eine thermografische Messung durchaus typisch.

8

3 Bestimmung der Transmission verschiedener Medien

Bei dieser Messung wurde die Transmission einer Glasscheibe (2 mm stark) und einer Polyethylen (PE)-Folie im großen atmosphärischen Fenster bestimmt. Hierzu wurde die jeweilige Folie vor die zuvor kalibrierte Bügeleisen-Sohle in den Strahlengang gebracht und in der Software IRBIS zur Korrektur eine mittlere Transmission L� im verwendeten Spektralbereich iterativ ermittelt.

Abbildung 6 Aufbau der Transmissionsmessung mit der Glasplatte von oben

3.1 Messung der Transmission einer Glasplatte

Abbildung 7 unkorrigierte Thermografie-Aufnahme der Glasscheibe im Abstand von etwa 35 cm

Das Bügeleisen ist durch das Fenster nicht mehr zu „sehen“, d.h. die Transmission für den Spektralbereich von 8 – 12 µm ist nahezu auf Null abgefallen. In der Literatur (1) kann folgender spektrale Verlauf von Transmission, Reflexion und Emission gefunden werden.

Thermografie-

Kamera

Glasscheibe oder

PE-Folie

Bügeleisen

9

Abbildung 8 Spektraler Verlauf von Emissions-, Transmissions- und Reflexionsgrad bei konventionellem Fensterglas (1).

Der verwendete Spektralbereich von 8 – 12 µm wurde rot hervorgehoben.

Aus dem Diagramm zeigt sich deutlich, dass die im VIS dominierende Transmission für den verwendeten Spektralbereich praktisch verschwunden ist. Stattdessen dominiert die Absorption bzw. Emission, d.h. wie in Abbildung 7 zu sehen, wird hauptsächlich die Strahlungsemission der Glasscheibe aufgenommen. Interessanterweise existiert im Spektralbereich auch ein erhöhter Reflexionsgrad. Dadurch spiegelt sich die Kamera mit dessen gekühlten Inneren (die Germanium-Linse ist in diesem Spektralbereich sinnvollerweise transmissiv) und die Temperatur an dieser Reflexionsstelle wird zu kleineren Werten verfälscht. Dieser Effekt der Selbstaufnahme durch Reflexion an einer Probe wird auch als „Narziss-Effekt“ bezeichnet.

3.2 Messung einer Polyethylen-Folie

Als Referenz für die Transmissions-Bestimmung der PE-Folie wurde das schwarz lackierte Segment ausgewählt, da es die höchste Emissivität besitzt. In der Software wird nun mit dem aus der vorherigen Messung bekannten Emissionsgrad die Transmission iterativ solange angeglichen bis wieder die erwartete, mittlere Temperatur von 57,8°C erreicht wird.

Abbildung 9 Thermografie-Aufnahme der Bügeleisen-Sohle durch die Polyethylen-Folie hindurch

10

Das Ergebnis der Messung war ein Transmissionsgrad der PE-Folie von τPE ≈ 0,84. Diese Transmission stimmt qualitativ mit den Ergebnissen aus der Literatur überein, kann jedoch nicht genauer verglichen werden, weil die Dicke unbekannt ist und entscheidend über den Absolutwert bestimmt.

Abbildung 10 Spektraler Verlauf des Emissionsgrades bei einer 30 µm dicken PE-Folie (1). Der verwendete

Spektralbereich von 8 – 12 µm wurde rot hervorgehoben.

11

4 Thermografie eines Peltier-Kühlers

Im folgenden Experiment wurde versucht die Temperatur eines Peltier-Kühlers zu bestimmen. Hierzu wurde das Laserdioden-Gehäuse mit dem Peltier-Kühler im Abstand von etwa 23 cm vor die Kamera gebracht und von vorn und oben aufgenommen. Der Peltier-Kühler wurde bei einem Strom von 580 mA betrieben. Wegen der schwarzen Keramikstäbe des Peltier-Kühlers kann dieser näherungsweise als Hohlraumstrahler mit einer Emission nahe 1 betrachtet werden.

Abbildung 11 fotografische und thermografische Vorderansicht des Laserdioden-Gehäuses mit Peltier-Kühler

Abbildung 12 fotografische und thermografische Draufsicht auf das Laserdioden-Gehäuses mit Peltier-Kühler

In der Vorderansicht ist deutlich die gekühlte Region mit ϑPeltier = 8,5°C um den eigentlichen Laserchip sichtbar. Bei der Thermografie der Draufsicht wird zwar eine niedrigere Temperatur detektiert, diese ist jedoch nicht korrigiert ist und besitzt erwartungsgemäß einen Emissionsgrad deutlich unter 1. Außerdem zeichnet sich das Gehäuse, in das die Wärme abgeführt wird, vom Hintergrund mit einer erhöhten Temperatur deutlich ab.

Peltierelement

Laserchip

Cu-Wärmebrücke

Pins für

Stromversorgung

Glasfaser

Laserchip

12

5 Thermografie einer Platine

Beim folgenden Versuch sollte eine Leiterplatte mit verschiedenen elektronischen Bauteilen thermografiert werden. Hierbei handelt es sich um eine einfache Verstärker-Schaltung mit Leistungs-Transistor. Für die Aufnahme wurde die Platine mit einer Spannung von 8V bei 610 mA etwa 30 Minuten betrieben. Um die wahre Temperatur der Bauteile zu erhalten, wurden aus der Literatur (4) plausible Emissionswerte für die Korrektur per Software eingesetzt.

Abbildung 13 Fotografie der Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen

Abbildung 14 Thermografie-Aufnahme der Platine im Abstand von 26 cm von der IR-Kamera

IC Hochlast-

Widerstand

Transistor

Diode

IC Hochlast-

Widerstand Diode

Transistor

13

Bei der Thermografie wurden der kleine Widerstand und die anschließende Z-Diode nicht berücksichtigt, da diese lediglich zum Einstellen des Arbeitspunkts benötigt werden. Der Wärmeeintrag in diese beiden Bauteile ist somit sehr gering, wie man in Abbildung 14 erkennen kann. Grundsätzlich ist deutlich die Strahlung der Bauteile und auch der Zuleitungen zu erkennen. Für die berührungslose Bestimmung der Temperatur wurden folgende Emissionsgrade angenommen.

Tabelle 4 Messergebnisse der berührungslosen Temperaturmessung an der Platine

Bauteil Messbereich Emissionsgrad Temperatur

Bezeichnung Material in IRBIS [°C]

Transistor Metall R01 0,21 57 Transistor weiße Folie R05 0,81 57 Hochlast-

Widerstand weiße Keramik R02 0,96 89

Diode schwarzer Kunststoff

R03 1,00 47

IC schwarzer Kunststoff

R04 1,00 60

14

6 Thermografie von Verletzungen

Die Thermografie wird bereits erfolgreich in der Medizintechnik eingesetzt. Hilfreich hat sich das Verfahren beispielsweise bei der Brustkrebs-Frühdiagnostik herausgestellt. Hierbei äußern sich krankhafte Gewebsveränderungen deutlich im Thermografie-Bild und ein Tumor kann berührungslos bereits im Frühstadium entdeckt werden.

Im folgenden Thermografie-Bild ist die Sportverletzung des Laboringenieurs Daniel Lutz zu sehen. Diese

zog er sich drei Tage zuvor bei einem Tennisspiel zu. In der Fotografie ist deutlich die bereits verkrustete Schürfwunde zu sehen, die wegen Schmutz leicht infiziert wurde und nach Aussage des Verletzten noch

schmerzte.

Abbildung 15 Knie mit verkrusteter Schürfwunde und unversehrtes Knie

Abbildung 16 Thermografie-Aufnahme beider Knie

verletzt unversehrt

15

Der Emissionsgrad der Haut wurde zur Korrektur auf 0,98 gesetzt (1).

Das linke Knie mit der Schürfwunde ist deutlich vom unversehrten Knie durch die Temperatur unterscheidbar. Es besteht im Mittel eine Temperatur-Differenz von etwa 2,6°C, wobei die Maximalwerte weitaus deutlicher differieren. Der erhöhte Temperatureintrag ist auf eine gesteigerte Durchblutung der Wunde zur Unterstützung der Wundheilung zurückzuführen. Im betroffenen Gewebe sind wahrscheinlich die Blutkapillare geweitet, was in diesem höheren Wärmeeintrag resultiert. Zum anderen kann eine Infektion vermutet werden, die wiederum eine erhöhte Reaktion des Körpers hervorruft. Im folgenden Bild einer Muskel-Zerrung wird deutlich, dass oberflächlich nicht erkennbare Verletzungen im Thermografie-Bild deutlich zu Tage treten können. Des Weiteren wurde im folgenden Bild der schmerzende Sonnenbrand des Probanden thermografiert.

Abbildung 17 Fotografie und Thermografie-Bild des rechten Armes des Probanden mit Muskelzerrung und Sonnenbrand

Muskel-

zerrung

Sonnenbrand

unversehrte Haut

16

7 Thermografie eines Lötkolbens

Als Abschluss wurde ein Lötkolben, der auf eine Temperatur von �7ö8 400°C geregelt wurde, mit der Thermografie-Kamera aufgenommen.

Abbildung 18 Thermografie-Aufnahme eines Lötkolbens bei ~400°C

Für die Korrektur musste ein Emissionsgrad von etwa �� & 0,25 eingestellt werden. Interessant an dieser Aufnahme ist der starke Temperaturgradient von ∆� & 380 K von der Lötspitze bis zum Schaft der nahezu Raumtemperatur hat. Der Halo-Effekt um die Lötspitze kann wahrscheinlich durch den hohen Temperaturunterschied mit der räumlich nicht völlig scharf abgegrenzte Aufnahme der Umgebungspixel verursacht (Übersprechen).

17

8 Fragen (5)

Warum arbeiten kommerziell erhältliche Thermografie-Kameras üblicherweise im Spektralbereichen

zwischen 3 – 5 µm (kurzwelligen Bereich) bzw. von 8 µm bis 14 µm (langwelliger Bereich)?

Die Spektralbereiche des sogenannten „kleinen“ und „großen atmosphärischen Fensters“ werden deshalb benutzt, da die Luft hier transmissiv ist. Entscheidend für diesen hohen Transmissionsgrad ist die Abwesenheit von Absorptionsbanden der Gase und vor allem des Wassers in der Luft. Welchen Einfluss hat der Emissionsgrad einer Oberfläche auf die Strahlungs-Temperaturmessung?

Erst durch die Wahl des richtigen Emissionsgrades einer Oberfläche wird die Beziehung der detektierten Strahldichte zur allgemeinen Schwarzkörperstrahlung und somit zur Temperatur hergestellt. Nimmt man an, dass die gesamte spektrale Strahldichte ��,��>> einer Oberfläche eines Grauen Strahlers detektiert wurde, so ist dessen Temperatur

� W?A · ��,��>>��X

Des Weiteren nimmt für abnehmende Emissionsgrade die Summe aus Transmission und Reflexion zu. Somit muss bei der Messung reflektierte bzw. durch die Oberfläche transmittierte Umgebungsstrahlung berücksichtigt werden. Was bewirkt die Durchführung der Korrektur an den Thermografiebildern?

Erst durch die Korrektur des Emissionsfaktors oder der Transmission wird der detektierten Strahldichte die richtige Temperatur zugeordnet und somit die Oberfläche in der richtigen Falschfarbe angezeigt. Welche Fehlerquellen können dazu führen, dass aus einem Wärmebild falsche Temperaturen abgelesen

werden?

- Erhöhte Temperaturstrahlung der Umgebung (durch Menschen, Klimaanlage, elektronische

Geräte,…) - Narziss-Effekt bei reflektierenden Oberflächen

- Zu großer Winkel zwischen Flächennormale und optischer Achse (Emissionsfaktor ist auch

winkelabhängig) - Schwankende Raumtemperatur durch Lüftung oder Klimatisierung

- verfälschte Kalibrierung der Thermografie-Kamera (Alterung des Sensors, verschlechterte Transmission der Germanium-Linse, Nachlassen der Kühlleistung,…)

- Überblenden durch benachbarte Wärmequellen bei unzureichender Fokussierung oder zu hoher

Überabtastung - Unkorrigierte oder fehlerhafte Annahme des Emissionsgrads

18

9 Anhang

9.1 Literaturverzeichnis

1. Dittmar, Günter. Skript. Infrarot-Technik. HTW Aalen : s.n., 2007.

2. JENOPTIK GmbH. Prospekt. Thermografiesystem VARIOSCAN high resolution.

3. Ahlborn GmbH. Manual. ALMEMO® Measuring Systems. Januar 2007.

4. Newport Electronics GmbH. Technische Information IR-Technik. Emissionsfaktoren. 1998.

5. Dittmar, Günter. Praktikumsversuche zur Vorlesung Infrarot-Technik. 2. Versuch "Angewandte

Thermografie". HTW Aalen : s.n., 2008.

9.2 Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 spektrale Strahldichte eines Schwarzen Strahlers in den Halbraum mit relevantem Spektralbereich ......2

Abbildung 2 unkorrigierte Thermografie-Aufnahme mit der Reflexion einer Hand (�YZ[� & 30°C� vor allem auf der polierten Fläche der Bügeleisen-Sohle (�\]^_` 23°C�. ................................................................3

Abbildung 3 Messplatz "Angewandte Thermografie" im IR-Labor. Die Infrarot-Kamera VARIOSCAN wurde auf einem voll schwenkbaren Stativ zur optimalen Justage aufgebaut. .........................................................4

Abbildung 4 Bügeleisen mit Gerät zu Temperaturregelung und Temperaturfühler an der Sohle. Auf der Sohle des Bügeleisens sind deutlich die fünf Segmente mit unterschiedlicher Beschaffenheit zu erkennen. ............5

Abbildung 5 Thermografie-Aufnahme des erwärmten Bügeleisens in ca. 60 cm Abstand. Es wurden fünf Messbereiche (R01-05) in den zu untersuchenden Segmenten auf den realen Emissionsgrad kalibriert. ..6

Abbildung 6 Aufbau der Transmissionsmessung mit der Glasplatte von oben...........................................................8

Abbildung 7 unkorrigierte Thermografie-Aufnahme der Glasscheibe im Abstand von etwa 35 cm ...........................8

Abbildung 8 Spektraler Verlauf von Emissions-, Transmissions- und Reflexionsgrad bei konventionellem Fensterglas (1). Der verwendete Spektralbereich von 8 – 12 µm wurde rot hervorgehoben. ....................9

Abbildung 9 Thermografie-Aufnahme der Bügeleisen-Sohle durch die Polyethylen-Folie hindurch ..........................9

Abbildung 10 Spektraler Verlauf des Emissionsgrades bei einer 30 µm dicken PE-Folie (1). Der verwendete Spektralbereich von 8 – 12 µm wurde rot hervorgehoben. ................................................................... 10

Abbildung 11 fotografische und thermografische Vorderansicht des Laserdioden-Gehäuses mit Peltier-Kühler ...... 11

Abbildung 12 fotografische und thermografische Draufsicht auf das Laserdioden-Gehäuses mit Peltier-Kühler ...... 11

Abbildung 13 Fotografie der Leiterplatte mit den elektronischen Bauteilen ............................................................ 12

Abbildung 14 Thermografie-Aufnahme der Platine im Abstand von 26 cm von der IR-Kamera .............................. 12

Abbildung 15 Knie mit verkrusteter Schürfwunde und unversehrtes Knie .............................................................. 14

Abbildung 16 Thermografie-Aufnahme beider Knie .............................................................................................. 14

Abbildung 17 Fotografie und Thermografie-Bild des rechten Armes des Probanden mit Muskelzerrung und Sonnenbrand ...................................................................................................................................... 15

Abbildung 18 Thermografie-Aufnahme eines Lötkolbens bei ~400°C .................................................................... 16

9.3 Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Auszug aus dem Datenblatt der verwendeten Infrarot-Kamera (2) .............................................................4

Tabelle 2 Bezifferung und Charakterisierung der Sohlen-Segmente .........................................................................5

Tabelle 3 Ermittelte Emissionsgrade der fünf Sohlen-Segmente im Vergleich zu den Erwartungswerten ..................6

Tabelle 4 Messergebnisse der berührunglosen Temperaturmessung an der Platine .................................................. 13