Читать книгу Thermografie - Eric Rahne - Страница 46

Die Zeitkonstante periodischer Temperaturänderungen des Messobjekts (besser die Temperaturprozessfrequenz) stellt aufgrund des Funktionsprinzips der Thermokameras strenge Anforderungen bei der Signalbearbeitung dar. Wärmebildkameras (wie auch alle anderen digitalen Messsysteme) müssen die Signalabtastung dem Nyquist-Shannon-Abtasttheorem (von Wladimir Kotelnikow schon früher, bereits 1933 formuliert) entsprechend durchführen. Dieses Theorem besagt, dass mindestens die doppelte Frequenz der höchstfrequenten analogen Signalkomponente als Abtastfrequenz benötigt wird, um die für die korrekte Rekonstruktion des Signals erforderlichen Stützwerte zu erhalten. Wenn dieses Gesetz nicht eingehalten wird, tritt die sogenannte Unterabtastung (Aliasing) auf, welche bei einer periodischen Temperaturschwankung dazu führen würde, dass die Temperaturänderung als wesentlich langsamerer Vorgang (mit niedriger Frequenz) abgebildet würde, als der tatsächliche Prozess. (Siehe auch die folgende Abbildung.) Dies würde in vielen Fällen zu völlig falschen Schlussfolgerungen führen.

Abb. 78: Signalverfälschung durch Unterabtastung (Verletzung des Abtasttheorems)

Daher ist bei jeder Messaufgabe in der Thermografie die Bildwiederholrate ein kritischer Parameter, sobald (auch bei der Annahme, dass keine beweglichen Objekte erfasst werden) Temperaturänderungen zum Zeitpunkt der Messung auftreten. Wenn beispielsweise die Temperaturänderung mit 1/10 Sekunden Zeitkonstante (Periodizität) abläuft, erfordert die obige Regel eine Bildwiederholfrequenz von mindestens 20 Hz (besser noch 25 Hz). Dies ist auf den ersten Blick keine kritische Anforderung für die meisten modernen Wärmebildkameras. Betrachten wir jedoch ein Messobjekt aus der Leistungselektronik, wo Aufheiz- und Abkühlvorgänge sogar mit bis zu 300 Hz vorkommen können, dann ist zu dessen korrekter Er - fassung eine 600 Hz überschreitende Bildwiederholfrequenz erforderlich. Dies ist nur mit extrem schnellen, auf Photonendetektor basierenden Thermokameras lösbar!

Die Einhaltung dieser messtechnischen Grenze ist natürlich nur für unbewegliche Objekte ausreichend. Wenn sich das Objekt und die Kamera relativ zueinander bewegen, muss darüber hinaus die sich aus der Bewegung ergebende Verlängerung (Verzerrung) der einzelnen Pixel ebenfalls berücksichtigt werden. Dies wird detailliert im Absatz 3.2.11 „Bildwiederholrate (Bildfrequenz) von Thermokameras” erläutert.