Tehnologia IR

Ce este TERMOVIZIUNEA?

Termoviziunea sau vizualizarea in infrarosu (IR) este o tehnica prin care o camera  (sau scaner) detecteaza si afiseaza o harta a intensitatii radiatiei pe un domeniu din spectrul electromagnetic. Termenul TERMOVIZIUNE defineste imaginea obtinuta de camera termica si se utilizeaza in special in aplicatiile militare sau de supraveghere civila, in timp ce TERMOGRAFIA implica si masurarea de temperatura, in aplicatii industriale sau stiintifice.     

Este cunoscut faptul ca orice corp cu temperatura peste 0 Kelvin emite radiatie electromagnetica. Substante pe care le consideram reci si foarte reci: azotul lichid, gheata si zapada emit si ele in infrarosu. Intensitatea acestei radiatii variaza in functie de temperatura obiectului si de capacitatea acestuia de a emite energie.

Infrarosul ocupa o portiune larga in cadrul spectrului electromagnetic, de la 0,8µm (micrometri) pana la 200µm, insa numai o mica parte este utilizabila de echipamentele de masurare si vizualizare IR. Pentru termoviziune (termografie) prezinta interes numai domeniul cuprins intre 0,8µm si 15µm. Practic, functie de producator, sunt recunoscute 3 (sau 2) subdomenii:

- Unde scurte (SW - ShortWaves) sau Apropiat infrarosu (NIR – NearInfrared) 0,8 ... 1,5µm     
- Unde medii  (MW - MidWaves)  2 ... 5µm
- Unde lungi (LW – LongWaves)  7 ... 15µm

Responsabila pentru aceste delimitari pe subdomenii (numite si ferestre) este atmosfera. Evident transmisia depinde de distanta intre obiectul scanat si camera in infrarosu, dar si de compozitia atmosferei, dioxidul de carbon si vaporii de apa fiind cei mai importanti factori ce afecteaza radiatia.

CAMERA IN INFRAROSU

O camera termala in infrarosu converteste radiatia infrarosie, invizibila pentru ochi, in imagine vizibila. Aceasta conversie este realizata de catre senzorul IR.

Tehnologia a evolutat foarte mult in cei peste 50 de ani ce au trecut de la realizarea primei camere de termoviziune de catre firma suedeza AGEMA (acum FLIR Systems). Pana la sfarsitul anilor ’80 convertorul radiatie – semnal electric era format dintr-un singur detector iar imaginea se forma printr-un sistem complex de scanare optomecanic pe linii/coloane. Racirea detectorului se realiza la inceput cu azot lichid si mai tarziu prin sistemul Stirling. Aceasta tehnologie asigura o repetabilitate foarte buna a masuratorilor si o referinta stabila. Din pacate dimensiunile echipamentelor si timpul de obtinere a unei imagini erau foarte mari. Urmatorul pas tehnologic a fost facut prin lansarea detectorului de tip arie de senzori (FPA) si racirea termoelectrica.

Detectoarele FPA sunt de doua tipuri :
- termice (microbolometru, feroelectric, piroelectric) – ieftine, cu racire termoelectrica sau chiar fara racire, lente (max. 100Hz), sensibilitate termica medie.
- fotonice (InSb, QWIP, HgCdTe etc.) – scumpe, necesita racire la o temperatura foarte joasa (aprox. 77K), rapide (pot ajunge la peste 50KHz), sensibilitate termica excelenta (< 0,020°C)

Pretul unei camere in infrarosu este dat de sistemul optic si de ansamblul senzor – sistem de racire. Sistemul optic trebuie sa asigure o transmisie foarte buna a radiatiei, el fiind realizat in general dintr-un sistem complex de lentile din germaniu sau siliciu. Cum germaniul si siliciul sunt materiale foarte scumpe, solutia furnizata de producatorii ‘LowCost’ este simpla: o singura lentila de mici dimensiuni. Din pacate in specificatia tehnica a unei camere in infrarosu nu sunt mentionate decat caracteristicile senzorului, doua camere total diferite din punct de vedere al solutiei tehnice adoptate pentru sistemul optic apar ca fiind identice pe hartie, diferenta intre ele fiind foarte mare in realitate. O situatie similara o intalnim la aparatele fotografice ieftine, comparativ cu cele profesionale unde obiectivul este foarte scump.   

Din energia captata de camera in infrarosu numai 20% provine de la obiectul scanat. Restul provine de la elementele interne ale camerei: lentile, carcasa, componente electronice, radiatia emisa de alte obiecte din mediul inconjutator, reflexii etc. Un echipament profesional determina o parte din aceasta radiatie ‘parazita’ si o elimina. Retineti faptul ca o variatie de 1°C pe suprafata obiectului masurat se traduce intr-o variatie de 0,001°C la nivel de detector.

IMPORTANT! Poate sa para surprinzator pentru multi utilizatori sau potentiali utilizatori, insa o camera in infrarosu NU masoara temperatura. Ea masoara temperatura aparenta (RADIATIA). Masurarea temperaturii reale necesita compensarea temperaturii aparente prin ajustarea emitantei, temperaturii reflectate, factorilor de influenta atmosferici etc. Acest lucru se face IN EXCLUSIVITATE de catre operator iar necunoasterea in profunzime a modului in care parametrii mentionati anteriori pot influenta valoarea temperaturii poate duce la erori de masura foarte mari (chiar si peste 100%). Aceleasi probleme apar si la masurarea temperaturii cu ajutorul termometrelor fara contact (pirometrelor).

Functie de aplicatie se pot alege diferite solutii tehnologice, fiecare element (spectru, tip detector, obiectiv, filtre speciale etc.) avand o influenta majora asupra rezultatelor obtinute. Scopul lansarii acestui site intr-o varianta noua este, in primul rand, de a va face cunoscute cele mai performante camere termale din lume pe care MICRONIX PLUS  le comercializeaza in Romania, si de a ‘educa’ utilizatorii sau potentiali utilizatori de camere in infrarosu in vederea alegerii si utilizarii echipamentelor la potentialul maxim si de a evita erori ce pot duce la rezultate total eronate.  

Autor: Ing. Marius POPOVICI, certificat Nivel II in termografie

Biografie: Curs ITC Nivel I, II; Masurare in termografie – Claes Ohman, FLIR Systems