Читать книгу Thermografie - Eric Rahne - Страница 30

Da es sich bei der Infrarot-Temperaturmessung und der Thermografie um berührungslose Messverfahren handelt, muss die zugrundeliegende (zu detektierende) Wärmestrahlung (abgesehen von Messungen im Vakuum) durch ein Medium vom Messobjekt bis zum Messsystem gelangen. Die strahlungsphysikalischen Eigenschaften des Übertragungsmediums beeinflussen natürlich die übertragene Strahlungsmenge (und deren Zusammensetzung), und damit gleichzeitig auch das angestrebte Messergebnis. In den meisten Fällen ist dieses Medium Luft, es können jedoch auch andere Materialien (z. B. spezielle -Infrarotstrahlung-durchlässige - Messfenster) in der Messstrecke vorhanden sein. Im Fall von Luft ist die Übertragung der Infrarotstrahlung hauptsächlich durch die mit höchster Konzentration vorhandenen Bestandteile der Atmosphäre - also durch Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und Kohlendioxid - und derer spektraler Absorptionseigenschaften beeinflusst. (Natürlich beeinflussen Verschmutzung und Temperatur der Luft auch die Übertragungseigenschaften!)

Abb. 47: spektrale Transmission der Atmosphäre (1 ... 500 m, 25 °C, 1013 mbar, 85 % r.F.) weiße Flächen: links mittelwelliges, rechts langwelliges atmosphärisches Fenster (mit freundlicher Genehmigung von Prof. Dr. Lutz Bannehr [A16])

Abb. 48: spektrale Absorption der Hauptbestandteile der Atmosphäre (>100 m, 25 °C) weiße Flächen: links mittelwelliges, rechts langwelliges atmosphärisches Fenster

Die obige Abbildung (Abb. 48) zeigt, dass die Transmission der Luft - abhängig von der Wellenlänge der zu übertragenden Strahlung - sehr unterschiedlich ist. Neben Bereichen mit starken Übertragungsverlusten können auch gut übertragende Bereiche (mit weißer Hintergrund hervorgehoben) beobachtet werden. Letztere werden auch als atmosphärische Fenster bezeichnet. Während der Transmissionsgrad im lang - welligen atmosphärischen Fenster im Bereich von 7,5 bis 14 μm eine nahezu perfekte Übertragung über große Entfernungen ermöglicht (daher auch der Name „fernes Infrarot”), gibt es im Wellenlängenbereich von 3 bis 5,5 μm - dem mittelwelligen atmosphärischen Fenster - durch die Atmosphäre verursachte messbare Verluste schon in Entfernungen von einigen zehn Metern. Speziell für Hochtemperaturmessungen und für Messungen an Metallen wird auch das kurzwellige atmosphärische Fenster zwischen 0,8 und 2 μm verwendet. Letzteres wird oft auch mit dem Synonym „nahes Infrarot” benannt.

In vielen Veröffentlichungen ist das langwellige atmosphärische Fenster begrenzt auf 8 ... 14 μm oder auf nur 8 ... 13 μm. Diese Unterschiede sind darauf zurückzuführen, wie streng das Fenster auf die höchst - mögliche Transmission begrenzt wird, welche zwischen 8 und 12 μm sogar fast 100% beträgt. Eine Erweiterung der Bereichsgrenzen (d.h. Erweiterung des spektralen Erfassungsbereiches) führt zu einer höheren Empfindlichkeit des Messgerätes. Dies ist besonders nützlich, wenn niedrige Temperaturen gemessen werden, da nur wenig Strahlung emittiert wird und daher das Signal-Rausch-Verhältnis relativ ungünstig ist. In diesem Fall wird üblicherweise eher der störende Einfluss der Atmosphäre akzeptiert, statt das messbare Signal einzuschränken. Details hierzu sind im nächsten Abschnitt zu finden.