Termowizja pomiarowa - obraz to dopiero początek

Kamera może bardzo łatwo pokazać, że dwa miejsca różnią się termicznie.
 
Znacznie trudniej odpowiedzieć:
 
"jaka jest rzeczywista temperatura tej powierzchni?"
 
Do poprawnego pomiaru trzeba uwzględnić właściwości powierzchni i warunki pomiędzy obiektem a kamerą.

Radiometria

Kamera radiometryczna zapisuje sygnał umożliwiający przypisanie temperatury do pikseli.
 
To różni ją od termowizora obserwacyjnego, który może zapisywać jedynie gotowy obraz z paletą.

Emisyjność - najczęstsze źródło błędu

Powierzchnia o wysokiej emisyjności emituje dużą część sygnału pochodzącego z własnej temperatury.
 
Powierzchnia o niskiej emisyjności silnie odbija otoczenie.

Matowe powierzchnie

Zwykle są łatwiejsze do pomiaru niż błyszczące metale.
 
Drewno, tynk, skóra, tworzywa i farby często mają relatywnie wysoką emisyjność, ale dokładną wartość należy dobrać do materiału i długości fali.

Błyszczący metal

Może zachowywać się jak lustro termiczne.
 
Kamera może wtedy pokazywać:
 
• odbicie operatora,
• nieba,
• grzejnika,
• innego gorącego obiektu.

Temperatura odbita

W profesjonalnym pomiarze uwzględnia się pozorną temperaturę promieniowania odbitego.
 
Im niższa emisyjność badanego materiału, tym ważniejsza staje się ta korekta.

Metoda powierzchni referencyjnej

Jeżeli to możliwe, na błyszczącym elemencie można zastosować fragment materiału o znanej wysokiej emisyjności, np. odpowiednią taśmę lub matową powłokę dopuszczoną do danego zakresu temperatur.
 
Po osiągnięciu równowagi termicznej mierzymy powierzchnię referencyjną zamiast polerowanego metalu.

Nie każda taśma nadaje się do wysokiej temperatury

Trzeba uwzględnić:
 
• dopuszczalną temperaturę materiału,
• bezpieczeństwo instalacji,
• możliwość zabrudzenia powierzchni.

Odległość

Im dalej od obiektu:
 
• tym mniej pikseli przypada na szczegół,
• tym większy wpływ atmosfery,
• tym łatwiej zmieszać obiekt z tłem w jednym pikselu.

IFOV

Opisuje kąt pojedynczego piksela.
 
Ale do wiarygodnego pomiaru temperatury mały obiekt powinien zajmować więcej niż jeden piksel.
 
Praktyczny wymóg pomiarowy jest bardziej rygorystyczny niż sama detekcja.

Spot size ratio

Producenci profesjonalnych kamer mogą podawać minimalny rozmiar obiektu pomiarowego lub stosunek odległość:punkt.
 
To ważniejsza informacja do pomiarów niż marketingowy zasięg obserwacyjny.

Focus

Nieostry termogram może zaniżać maksimum i zawyżać minimum temperatury małych obiektów.
 
Do pomiaru zawsze ustawiamy focus na badanej powierzchni.

Ruch kamery

Przy dłuższej ekspozycji efektywnej lub niskiej częstotliwości odświeżania może rozmywać szczegół.
 
W precyzyjnych pomiarach korzystny jest stabilny chwyt lub statyw.

Atmosfera

Przy krótkich dystansach w pomieszczeniu wpływ bywa niewielki.
 
Na zewnątrz i na większym dystansie trzeba uwzględniać:
 
• wilgotność,
• mgłę,
• deszcz,
• temperaturę powietrza.

Szyba

Typowe szkło okienne nie jest przezroczyste dla LWIR.
 
Pomiar przez zwykłą szybę najczęściej dotyczy temperatury samego szkła i odbić, nie obiektu za nim.

Okna termowizyjne

W instalacjach stosuje się specjalne okna IR z materiałów przepuszczających wymagane pasmo.
 
Kamera powinna uwzględniać ich transmisję.

Zakres pomiarowy

Kamera może mieć kilka zakresów.
 
Wybieramy najwęższy zakres obejmujący spodziewaną temperaturę, jeśli instrukcja producenta na to pozwala.

Przepełnienie zakresu

Jeżeli obiekt przekracza zakres:
 
• piksel może być nasycony,
• pomiar staje się niewiarygodny.

Dokładność a NETD

To nie to samo.
 
NETD opisuje zdolność odróżnienia małej różnicy sygnału.
 
Dokładność mówi, jak blisko wyniku rzeczywistej temperatury jest pomiar po kalibracji.

Powtarzalność

W diagnostyce trendów często równie ważna jak dokładność bezwzględna.
 
Porównuj zdjęcia wykonane:
 
• z podobnej odległości,
• pod podobnym kątem,
• z tym samym zakresem i emisyjnością.

Kąt obserwacji

Bardzo skośny kąt może:
 
• zwiększyć wpływ odbić,
• zmienić efektywną emisyjność,
• zmniejszyć liczbę pikseli na obiekcie.

Budynki - różnica temperatur jest potrzebna

Do oceny izolacji najlepiej, gdy wnętrze i zewnętrze różnią się temperaturą wystarczająco mocno.
 
Przy niemal identycznej temperaturze po obu stronach przegrody anomalie mogą być niewidoczne.

Słońce zaburza diagnostykę elewacji

Nagrzewanie słoneczne może tworzyć silne gradienty niezwiązane z izolacją.
 
Dlatego pomiary porównawcze wykonuje się w warunkach minimalizujących bezpośrednie nasłonecznienie.

Wiatr

Chłodzi powierzchnię konwekcyjnie i może zmniejszać widoczność anomalii.

Wilgoć w budynku

Termowizja może pokazać anomalię temperaturową związaną z parowaniem lub zmianą przewodnictwa.
 
Nie dowodzi sama w sobie obecności wilgoci - wymaga potwierdzenia inną metodą.

Ogrzewanie podłogowe

Termowizja może dobrze pokazać przebieg stref cieplejszych.
 
Na obraz wpływają jednak:
 
• materiał podłogi,
• bezwładność cieplna,
• czas od uruchomienia.

Instalacje elektryczne

Termowizja jest bardzo użyteczna do znajdowania różnic cieplnych między elementami pracującymi w podobnych warunkach.
 
Interpretacja wymaga znajomości obciążenia i konstrukcji instalacji.

Nie otwieraj urządzeń pod napięciem tylko dla zdjęcia

Termowizja nie zwalnia z zasad bezpieczeństwa elektrycznego.
 
Dostęp do elementów pod napięciem powinien być wykonywany wyłącznie zgodnie z procedurami i przez osoby uprawnione.

Elektronika

Przy małych płytkach ważne są:
 
• mała minimalna odległość ostrzenia,
• odpowiednia optyka makro,
• wysoka rozdzielczość przestrzenna.

Mały komponent musi mieć wiele pikseli

Jeżeli element ma szerokość jednego piksela, jego temperatura miesza się z tłem.
 
Do pomiaru małych komponentów potrzebna jest odpowiednia skala obrazu.

Paleta a pomiar

White Hot, Iron czy Rainbow zmieniają prezentację.
 
Nie zmieniają danych radiometrycznych, jeśli plik jest prawidłowo zapisany.

Level i span

Ręczne ustawienie wąskiego zakresu pozwala zobaczyć subtelne różnice temperatury, które automatyczny AGC może spłaszczyć.

Punkt, linia, obszar

Profesjonalne oprogramowanie może analizować:
 
• pojedynczy punkt,
• profil temperatury wzdłuż linii,
• minimum, maksimum i średnią w obszarze.

Termogram radiometryczny

Warto zachowywać oryginalny plik radiometryczny, nie tylko eksportowany JPEG.
 
Pozwala później zmienić:
 
• paletę,
• skalę,
• punkty pomiarowe,
• część parametrów korekcyjnych.

Raport

Dobry raport zawiera:
 
• obraz termiczny,
• często zdjęcie widzialne,
• opis warunków,
• emisyjność,
• temperaturę otoczenia,
• odległość,
• interpretację.

Kamera nie stawia diagnozy sama

Termowizja pokazuje anomalię.
 
Przyczyna może wymagać:
 
• pomiaru elektrycznego,
• wilgotnościomierza,
• inspekcji mechanicznej,
• dokumentacji instalacji.

Termowizja a zdrowie człowieka

Kamera termowizyjna nie zastępuje badania lekarskiego ani diagnostyki medycznej.
 
Temperatura powierzchni skóry zależy od wielu czynników i sama nie pozwala rozpoznać choroby.

Tabela: źródła błędu

Procedura pomiaru

1. Ustal materiał i emisyjność.
2. Oceń odbicia.
3. Ustaw focus.
4. Podejdź wystarczająco blisko, aby obiekt zajmował wiele pikseli.
5. Ustaw zakres temperatur.
6. Wprowadź parametry atmosferyczne, jeśli mają znaczenie.
7. Zapisz termogram radiometryczny.
8. Zapisz warunki i kontekst pomiaru.
9. Potwierdź anomalię inną metodą, jeśli od wyniku zależy decyzja techniczna.

Najważniejszy wniosek

Termowizja pomiarowa nie polega na wskazaniu krzyżykiem najjaśniejszego miejsca.
 
Wiarygodny wynik wymaga kontroli:
 
emisyjności, odbić, skali przestrzennej, focusu, atmosfery i warunków pracy.
 
Kamera jest niezwykle skutecznym narzędziem do znajdowania anomalii, ale interpretacja zawsze wymaga kontekstu.
 
Zobacz również Jak działa termowizja?, Słownik termowizyjny i Parametry termowizorów.