Hőkamera
Egy hőkamerán keresztül éjjel és nappal egyaránt láthatjuk a világot, igaz nem a megszokott módon. A hőkamera infraképek segítségével festi le a környezetet, ahol a különböző színek a különböző hőfokokat jelenítik meg. Ezen tulajdonságának köszönhetően felhasználási területe igen széles spektrumon mozog. Az energetikai területén éppúgy felhasználható, mint karbantartási munkák elvégzésekor, de találkozhatunk vele a biztonságtechnikában és a gyógyászatban is. Az 1980-as években még csak az amerikai hadsereg használhatott hőkamerát, ma már azonban bárki hozzájuthat, pontos használata pár nap alatt megtanulható.
1. Milyen célra szeretne hőkamerát használni?
Mindenek előtt legfontosabb az alkalmazási terület kiválasztása, mivel minden alkalmazás esetén más-más
műszaki paraméter mérvadó a kiválasztandó hőkamera későbbi alkalmazhatóságának szempontjából. Amíg
épületek vizsgálata, az orvosi és állatorvosi területen való felhasználás esetén a termikus felbontás az
egyik legfontosabb paraméter, a villamos berendezések állapotfelmérése illetve elektronikai gyártmányok ellenőrzése esetén a geometriai felbontás a legkritikusabb műszaki jellemző. Gyártás közbeni termék-
minősítés vagy kutatás-fejlesztés esetén pedig a hőkamera képfrissítési ráta válhat a hőkamera alkalmazhatóságát eldöntő tulajdonsággá.
További szempont, hogy vannak helyhez kötött (ún. telepített) hőkamerarendszerek, illetve mobil,
hordozható kivitelű hőkamerák is. A folyamatos termelésszabályozáshoz, berendezésfelügyelethez, vagy
akár tűz- és objektumvédelemhez célszerű telepített kivitelt választani, mely a helyi igényeknek megfelelően
kábeles vagy vezeték-nélküli kommunikációval távvezérelhető és lekérdezhető. Mobil alkalmazásokhoz
pedig mindenképpen kézi hőkamerát kell választani, mely saját kijelzővel, kezelőszervekkel és
akkumulátorral rendelkezik. (Nehogy bárkiben felmerüljön, hogy kis telepített miniatűr-kamerából olcsón
barkácsolhat magának olcsó hordózható eszközt: egy ilyen megoldás a számtalan "apró" műszaki
problémán túl egész egyszerűen gazdaságtalan lenne.)
Az alkalmazási terület alapján kiválasztandó a szükséges hullámhossz-tartomány is. Tudni kell, hogy
Hosszúhullámú hőkamerák nem alkalmazhatók:
• csak rövid- és/vagy középhullámú tartományban elfogadható emissziós tényezővel bíró tárgyak
mérése esetén (tehát nincs kellő mennyiségű kibocsátás a hosszúhullámú spektrális tartományban,
mint pl. a fémek esetén)
• ha a tárgy és a hőkamera között hosszú hullámokat át nem engedő anyagok vannak (például üveg,
bizonyos műanyagok)
Rövid- és középhullámú hőkamerák nem alkalmazhatók:
• alacsony hőmérsékletű tárgyak mérése esetén (például -80°C alatti tárgyhőmérsékletnél)
• nagy (néhányszor 10 m-nél nagyobb) távolságokból történő mérések esetén (mivel egyre nagyobb
mértékű az atmoszféra kiküszöbölhetetlen mérési bizonytalanságot illetve mérési hibát okozó
hatása)
• csak hosszúhullámú tartományban elfogadható emissziós tényezővel bíró tárgyak mérése esetén
(tehát nincs kellő mennyiségű kibocsátás a rövid- és középhullámú spektrális tartományban)
• ha a tárgy és a hőkamera között rövid- vagy középhullámokat át nem engedő anyagok vannak
(például bizonyos műanyagok vagy félvezetők)
2. Milyen hőkép-pixelfelbontás (mennyi képpont) kívánatos?
Hogy milyen hőkép-pixelfelbontásra van szükségünk, azt a felhasználási terület és a hőkamera tervezett
kihasználtsága határozza meg. Hőkamerák esetén a képpontok száma tipikusan 320x240 (tehát 76 800),
illetve 384x288 képpont, a profibb hőkamerákban pedig 640x480 (tehát 307 200), vagy akár 1024x768 (tehát
786 432) képpont. Vannak kisebb képességű kamerák is - gyakori típus 160x120 (tehát csupán 19 200)
pixellel, vagy akár még annál is kevesebb képponttal -, melyek ennél fogva csak kisebb felületek elfogadható
részletességű megjelenítésére képesek. Ez erősen korlátozza a felhasználási területüket. Sőt, az ilyen
„olcsó” eszközök a pixelszámra vetített ára gyakran lényegesen magasabb, mint a nagyobb pixelszámú -
akár professzionális” hőkameráké.
• 160 x 120 képpont = abszolút minimum komoly munkához,
- kisebb pixelszámmal effektív munkavégzés alig lehetséges
• Nagyobb pixelszám = jobb hatékonyságú, gyorsabb munkavégzés,
- jobb minőségű és áttekintést nyújtó hőképek,
- hőkép-montírozás mentes gyors dokumentálás
Megjegyzés: Minél több képponttal rendelkezik a kamera, annál több részlet válik felismerhetővé, vagy annál
nagyobb tárgyak vizsgálhatók egyszerre megfelelő (értékelhető) felbontás mellett. Ha kevés a képpontok
száma, sok felvételt kell készíteni és összefüggő tárgyak kiértékelésére illetve beszámolók készítéséhez
gyakran szükségessé válik a képek (időigényes) montírozása.
3. Milyen legyen a termikus felbontás?
Természetesen ez egy eléggé feladatspecifikus paraméter, azonban mégis általánosan kijelenthető: minél
jobb egy hőkamera termikus felbontóképesség (minél kisebb az NETD-értéke), annál finomabb (több)
hőmérséklet-különbség mérhető és a hőképen vizuálisan is észlelhető. Más szóval a jobb termikus
felbontással zajmentesebb, tisztább és felismerhetőbb hőképet kapunk. Ha esetlegesen ez a paraméter a
jelen feladatunkhoz nem lényeges, a hőkameránk későbbi - más feladatokhoz való - alkalmazhatósága
éppen ezen a paraméteren múlhat. Az irányadó gondolatok:
Szinte lényegtelen a hőmérséklet-felbontás:
• kazánok és kemencék, valamint gépészeti, vagy villamos berendezések állapotfelmérése esetén,
mert a hibahelyek termikus jelenségei nagy hőmérséklet-különbségekkel járnak együtt
Fontos paraméter a termikus felbontás:
• nedvesség/szivárgások keresése esetében,
• épület-hőszigetelések, tűzálló bélések (kopásának) felmérésénél
Igen kritikus paraméter a hőmérséklet-felbontás:
• biológiai, vagy anyagvizsgálati mérések esetén (ezen múlhat, hogy a felismerni kívánt hőmérséklet-
különbségek egyáltalán mérhetők-e)
4. Milyen legyen a geometriai (optikai) felbontás?
Korrekt mérések a geometriai felbontás követelmény teljesítése nélkül lehetetlenek. Ezért minden egyes
várható mérési feladatra végigszámolandó, hogy mi az éppen mérhető legkisebb tárgyfelület az adott
mérőrendszerrel, az aktuális mérési távolságból. Vagy éppen fordítva, hogy a legkisebb mérendő tárgy az
adott távolságból milyen geometriai felbontással érzékelhető még. Ez pedig a mérőrendszer optikai
tulajdonságain múlik, aminek megfelelően a hőkamera, ill. optika kiválasztást a következő képlet alapján
eldöntendő.
A korrekt geometriai felbontás számításának alapja:
geometriai felbontás < tárgyméret [mm] / (mérési távolság [m] * 3)
Kritikus paraméter a geometriai felbontás (nem teljes felsorolás):
• villamos berendezések felmérése esetében,
• elektronikai, mikroelektronikai eszközök elemzésénél,
• egyéb kisméretű tárgyak nagyobb távolságból való mérésénél,
• nagy terjedelmű tárgyak kis részleteinek észlelésénél
Többféle feladat, vagy mérőtárgy/távolság esetén cserélhető lencsék előnyösek, például:
• épület-termográfiai feladatok esetén,
• ipari létesítmények, technológiai eszközök ellenőrzése során,
• terjedelmes gépészeti berendezések elemzése során,
• fotovoltaikus erőműparkok ellenőrzése során
Megjegyzés: Kedvező megoldás a cserélhető objektívek helyett (vagy azok kiegészítéseként) sok esetben a
képpontok négyszerezése a microscan-eljárással, mely során a geometriai felbontás az ugyanerre a
detektor és optika összeállításra specifikált értékének 2/3-ára javul. (Fenti egyenletben tehát a 3-as szorzó
helyett 2-es szorzó alkalmazható.) Gyakran ez éppen elég ahhoz, hogy megspóroljuk a teleobjektívet, vagy
az éppen nagyobb fajta teleobjektívet.
Vigyázat: A nagyobb látómező elérése érdekében előszeretettel alkalmazott „nagy látószögű” lencsék
esetében nemcsak a látómező nő a standard-lencsékhez képest, hanem a geometriai felbontás számszerű
értéke is (ami valójában e paraméter romlását jelenti). Ez viszont azt eredményezi, hogy ugyanaz a kis tárgy
(amely esetlegesen már előbb is a geometriai felbontás miatt korlátozta a legnagyobb lehetséges mérési
távolságát) már csak arányosan kisebb távolságból figyelhető meg. Végeredményben tehát a látómezőnk a
kisebb távolság miatt ismét csak ugyanaz lesz, mint a standardlencsével! (Nem nyertünk semmit.
Ellenkezőleg: a hőkép széle felé egyre előnytelenebb látószögből történik a tárgyak megfigyelése, miközben
még torzul is az egész leképzés.)
5. Milyen képfrissítési gyakoriság / képfelvételi frekvencia kell?
Kézben tartott hőkamerás mérésekhez alkalmazzunk lehetőleg csak 50 Hz-es, vagy gyorsabb képfrissítésű hőkamerákat, hogy a (nem kontrollálható!) bemozdulásból eredő mérési hibát minimalizáljuk. Ez elsősorban lényeges nagyobb mérési távolságok, vagy kisebb mérési tárgyak esetében. Ugyanis a kezünk billenésének kis szögsebessége a tárgytávolság függvényében akár hatalmas elmozdulási sebességet eredményezhet. Tehát esélyünk sincs lassabb hőkamerával korrekt távoli mérést, bemozdulásmentes hőképeket készíteni. Nem véletlenül terjedt el a fényképezésben is a max. 1/60-os zársebesség. Mozgó tárgyak esetében pedig a tárgy mozgása alatt fellépő pixelelhúzás mértéke, gyors termikus folyamatoknál pedig azok időállandója szab határt a maximálisan elfogadható integrálási időnek, mely szorosan összefügg a képfrissítési frekvenciával.
6. Milyen egyéb speciális funkciókra/képességekre van szükségünk?
Egy hőkamera vásárlás előtt mindenképpen szükséges lesz még a következő részleteket is tisztázni:
Hőképsorozatok mérése / tárolása
• adott-e nemcsak egyedi hőképek, hanem sorozatok tárolása a hőkamerában (PC nélkül)?
• mekkora a szükséges képfrissítési frekvencia (az előző döntéshozatali pontok szerint)?
Élő (valós idejű) adatátvitel
• hosszú, vagy automatikus megfigyelésekhez szükséges,
• vezetékes / vezeték nélküli kommunikáció estén mekkora a maximális távolság?
Távvezérelhetőség
• pl. veszélyes, vagy nehezen elérhető helyeken történő mérésekhez,
• hosszú - változó paraméterű - megfigyelések során lehet szükséges
Csereobjektívek választéka
• változó feladatok, vagy eltérő mérési tárgyak/távolságok esetén,
• könnyű cserélhetőség, kalibrálások megléte szükséges
Speciális szűrők
• mérési igényeinknek pontoson megfelelő választék adott-e?
• a hőkamerába beépített, vagy külsős szűrőket használhatunk?
• beépített szűrők esetén adott-e szoftveres vezérelhetőségük?
Különleges kiértékelések / üzemmódok
• különbség-hőkép készítési képesség (időbeni eltérések felfedezéséhez),
• pixelenkénti emissziós korrekció (például elektronikai kapcsolások ellenőrzéséhez),
• jegyzőkönyvezési támogatás, adatexportálási lehetősége,
• speciális szakmai kiértékelőszoftver (például épület-termográfiához)
