Preisträger

Jenseits unserer Wahrnehmung

Mit Wärmebildkameras im Infraroten sehen.

  • Michael Vollmer
  • 09 / 2013 Seite: 47

Die visuelle menschliche Wahrnehmung in andere Spektralbereiche zu erweitern – dafür gibt es viele, technisch sogar recht einfache Möglichkeiten. Insbesondere die Infrarotkameras haben sich für Wellenlängen unter 15 µm zu hervorragenden quantitativen Messinstrumenten entwickelt. Zum Einsatz kommen sie in der Grundlagen- und angewandten Forschung sowie zunehmend auch in der Lehre der Physik auf Hochschul- und Schulniveau.

Unter Infrarotkameratechnik, auch Wärmebildtechnik oder Thermographie genannt, versteht man bildgebende Verfahren im infraroten Spektralbereich mit Wellenlängen von etwa 0,9 µm bis 14 µm. Die ursprünglich vor allem militärische Nutzung hat sich in den letzten Jahrzehnten auf weitere Anwendungen in Forschung, Industrie und Technik ausgeweitet. Der Fortschritt in der Mikrosystemtechnik, Optoelektronik und IR-Technik führte einerseits zu immer größerer Produktvielfalt, andererseits zu deutlich preiswerteren und einfacheren Geräten.

Das große Potenzial von IR-Kameras für Lehrzwecke wurde früh erkannt. Dadurch gelang es, insbesondere auch schwer zu visualisierende thermische Vorgänge aus vielen Bereichen der Physik zu untersuchen sowie moderne Anwendungen in der Industrie beispielhaft zu diskutieren.

Wie funktionieren Infrarotkameras?

Wärmebildsysteme basieren auf der Tatsache, dass jedes Objekt mit einer Temperatur über dem absoluten Nullpunkt elektromagnetische Strahlung im infraroten Spektralbereich aussendet. Thermographie detektiert diese Wärmestrahlung und wandelt sie in entsprechende Temperaturprofile der Objekte um. Thermokameras erfassen dabei berührungslos die ausgesandte Eigenstrahlung der Objekte.

Grundlage aller Infrarotsensoren sind das auf Kirchhoff zurückgehende Gesetz zur Absorption und Emission von Strahlung durch Körper sowie die Gesetze der thermischen Strahlung, d. h. Schwarzkörperstrahlung. Demzufolge senden die zu vermessenden Körper thermische Strahlung aus, die lediglich von der Temperatur T und dem Emissionsgrad ε bestimmt wird. Der Emissionsgrad hängt von der Oberfläche und dem Material des Körpers ab. Man unterscheidet schwarze, graue und selektive Strahler. ...

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