DE10140829A1

DE10140829A1 - Thermography device for measurement of surface temperatures above 700 K is based on a black and white television camera for acquisition of infrared images which are processed by electronics to yield a temperature output signal

Info

Publication number: DE10140829A1
Application number: DE2001140829
Authority: DE
Inventors: Joerg Kaiser; Peter Christian Kaiser; Peter Josef Kaiser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-03-06

Abstract

Device comprises an infrared sensitive television camera for acquisition of infrared images of the object surface. The temperature range is fixed by the camera shutter, camera parameters, filter, etc. The output of the camera is passed to analysis electronics. The camera is black and white and the electronics determine the temperature from the gray values. A virtual color representation of the temperature distribution can be created.

Description

Es ist bekannt, die Oberflächentemperatur von Objekten mit Hilfe eines Infrarotthermographiekamerasystems zu messen. Dabei wird eine Infrarotthermographiekamera auf die Oberfläche des Gutes gerichtet und aus dem dadurch erzeugten Farbbild ein Temperatursignal gebildet. It is known to use a surface temperature of objects To measure infrared thermography camera system. Doing so Infrared thermography camera aimed at the surface of the goods and out of the a color signal generated thereby formed a temperature signal.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung zur Messung von Oberflächentemperaturen gegenüber dem Stand der Technik zu vereinfachen und zu verbilligen. The invention is based on the object of a device for measuring Simplify and increase surface temperatures compared to the prior art cheapen.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die infrarotnahe Strahlung des Gutes von einer im Infrarotbereich empfindlichen Fernsehkamera, vorzugsweise Schwarz- Weiß-Kamera, erfasst. Das aufgenommene Bild wird an eine Bildverarbeitungseinheit weitergeleitet, die aus dem Grauwertbild Temperaturinformationen sowie ein Falschfarbenbild der aufgenommenen Szene erzeugen kann. This object is achieved by the features of the claim 1. In the device according to the invention the infrared radiation of the good from a television camera sensitive in the infrared range, preferably black White camera, captured. The captured image is sent to a Image processing unit forwarded from the gray scale image Temperature information and a false color image of the recorded scene can generate.

Die berührungslose Temperaturmessung beruht auf dem Planck'schen Strahlungssatz:

M₂ = c₁/λ⁵.(1/(exp(c₂/(λ.T))-1))

Non-contact temperature measurement is based on Planck's radiation theorem:

M ₂ = c ₁ / λ ^5. (1 / (exp (c ₂ /(λ.T))-1))

Die spektrale spezifische Ausstrahlung wird in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ und der Temperatur T beschrieben. The spectral specific radiation is dependent on the wavelength λ and the temperature T.

In der Fig. 1 ist dieser Zusammenhang für verschiedene Temperaturen in Abhängigkeit von der Wellenlänge dargestellt. Es ist deutlich erkennbar, dass sich das Maximum der Strahlung mit steigender Temperatur in den kurzwelligen Bereich verschiebt. Somit lassen sich Temperaturen über 450 Grad C (723 K) im infrarotnahen Bereich erkennen und darstellen. This relationship is shown in FIG. 1 for different temperatures depending on the wavelength. It can be clearly seen that the maximum of the radiation shifts into the short-wave range with increasing temperature. This means that temperatures above 450 degrees C (723 K) can be recognized and displayed in the infrared range.

Umgebungseinflüsse haben eine nicht unerhebliche Auswirkung auf Messung und Darstellung der gewonnenen Daten. Dies sind bei der beschriebenen Messung in erster Linie:
Emissionsgrad des zu messenden Objekts
Transmissionsgrad der Messstrecke
Entfernung zum Objekt
Parameter des Messsystems (Objektiv, Sensor, Übertragungsstrecke, Grabber etc.) Environmental influences have a not inconsiderable impact on the measurement and presentation of the data obtained. In the measurement described, these are primarily:
Emissivity of the object to be measured
Transmittance of the measuring section
Distance to the object
Parameters of the measuring system (lens, sensor, transmission path, grabber etc.)

Der Emissionsgrad wird hauptsächlich vom Oberflächenmaterial des Objekts bestimmt und ist in zweiter Linie von der Temperatur abhängig. Beide Parameter können bei einer bestimmten Systemeinrichtung bestimmt werden und sollten sich nicht verändern, wobei die Temperaturabhängigkeit bei der Messung kompensiert wird. Der Transmissionsgrad ist bedingt durch Luftverschmutzung, Luftfeuchtigkeit, Verstaubung und Verrauchung der Messstrecke. Diese Umgebungsparameter müssen bei der Installation berücksichtigt werden und sollten, wenn sie nicht vermeidbar sind, konstant gehalten werden. Die Objektentfernung ist bei einer bestimmten Installation konstant. The emissivity is mainly determined by the surface material of the object determined and is secondly dependent on the temperature. Both parameters can be determined at a particular system setup and should be do not change, whereby the temperature dependence compensates during the measurement becomes. The degree of transmission is due to air pollution, humidity, Dust and smoke on the measuring section. These environmental parameters must be considered during installation and should if not are avoidable, kept constant. The object distance is at one certain installation constant.

Die Parameter des Messsystems werden durch eine einmalige Kalibrierung des Systems bestimmt und ändern sich im wesentlichen nur bei einem Austausch der Hardware. The parameters of the measuring system are verified by a single calibration of the Systems only determine and change when the system is replaced Hardware.

Die Aufnahmeeinheit liefert je nach Einstellung ein Grauwertbild in einer Temperaturspanne von 150-250 K. Diese Temperaturspanne wird mittels Hardware fix auf den interessierenden Temperaturbereich, z. B. 450-650 Grad C festgelegt und kann durch eine Neueinstellung verändert werden. Die Grenzwerte liegen dabei bei einer minimalen Temperatur von 450 Grad C und einer maximalen Temperatur von >1200 Grad C. Der obere Grenzwert wird nur durch die Hitzebeständigkeit des Systems begrenzt. Depending on the setting, the recording unit delivers a gray scale image in one Temperature range of 150-250 K. This temperature range is set using hardware fix to the temperature range of interest, e.g. B. 450-650 degrees C. and can be changed by a new hiring. The limit values are there at a minimum temperature of 450 degrees C and a maximum temperature of> 1200 degrees C. The upper limit is only determined by the heat resistance of the System limited.

Die Bildgeometrie, also die Größe des Bildausschnitts, wird bei der Einrichtung des Systems festgelegt. The image geometry, i.e. the size of the image section, is used when setting up the System.

Das so aufgenommene Bild wird von einer z. B. bis zu 100 m entfernten Bildverarbeitungseinheit ausgewertet. Die Bildverarbeitungseinheit kann aus den Bilddaten beispielsweise folgende Werte ermitteln und ausgeben:
Maximale Temperatur im Blickfeld
Minimale Temperatur im Blickfeld
Durchschnittstemperatur im Blickfeld The picture thus taken is from a z. B. evaluated up to 100 m away image processing unit. The image processing unit can, for example, determine and output the following values from the image data:
Maximum temperature in view
Minimum temperature in the field of vision
Average temperature in the field of vision

Zur visuellen Unterstützung des Bedieners kann eine Falschfarbendarstellung des Bildes angezeigt werden, die das Grauwertbild in eine Farbdarstellung, korrespondierend mit der Temperatur, umsetzt. Ferner können Diagramme angezeigt werden, die ein Temperaturprofil über die Objektbreite bzw. -höhe angeben, sowie ein Histogramm, das die Häufung der Temperaturwerte darstellt. Alle ermittelten Daten können über einen bestimmten Zeitraum archiviert oder optional ausgedruckt werden. Die Auflösung des Systems ist abhängig von der Temperaturspanne, sowie vom Temperaturbereich. Bei einer Spanne von 250 K kann eine Auflösung von etwa 1 K mit einer Genauigkeit von 10 K erreicht werden, wobei diese Werte von den oben erwähnten Umgebungsparametern abhängen. Wenn das System nicht über eine Selbstkalibrierung verfügt, sollte zur Aufrechterhaltung der Gültigkeit der Messwerte regelmäßig eine Nachkalibrierung erfolgen (1-2mal jährlich). Bei dieser Nachkalibrierung wird ein Körper bekannter Temperatur und bekannter Objektparameter (Emissionsgrad, Entfernung usw.) in das Blickfeld eingebracht und die Systemparameter werden entsprechend angepasst. A false color representation of the Image that shows the gray-scale image in a color representation, corresponding to the temperature. Charts can also be displayed which indicate a temperature profile over the object width or height, and a histogram that shows the accumulation of temperature values. All determined Data can be archived over a certain period of time or optionally printed out become. The resolution of the system depends on the temperature range, as well from the temperature range. With a range of 250 K, a resolution of about 1 K with an accuracy of 10 K can be achieved, these values from the above depend on the environmental parameters mentioned. If the system does not have one Self-calibration should maintain the validity of the readings Recalibration is carried out regularly (1-2 times a year). At this Recalibration is a body of known temperature and known Object parameters (emissivity, distance, etc.) are brought into the field of vision and the system parameters are adjusted accordingly.

In der Fig. 2 ist ein Beispiel für eine Vorrichtung nach der Erfindung dargestellt. In FIG. 2, an example of a device according to the invention is shown.

In einem Gehäuse 1 befindet sich ein Objekt 2, z. B. glühendes Material, dessen Oberflächentemperatur gemessen wird. Hierzu ist eine im Infrarotbereich empfindliche Schwarz-Weiß-Fernsehkamera 3 durch ein Fenster 4 im Gehäuse 1 auf die Oberfläche des Objekts 2 gerichtet. Die Kamera 3 ist in einem wassergekühlten Gehäuse 5 angeordnet. Ihre Ausgangssignale werden einer Auswerteelektronik 6 zugeführt, der ein Monitor 7 als Anzeigeeinrichtung für die Temperatur zugeordnet ist. Die zu erfassende Temperaturspanne wird durch die Kamerablende und vorgeschaltete Filter festgelegt. In a housing 1 there is an object 2 , for. B. glowing material whose surface temperature is measured. For this purpose, a black and white television camera 3, which is sensitive in the infrared range, is directed through a window 4 in the housing 1 onto the surface of the object 2 . The camera 3 is arranged in a water-cooled housing 5 . Their output signals are fed to evaluation electronics 6 , to which a monitor 7 is assigned as a display device for the temperature. The temperature range to be recorded is determined by the camera aperture and upstream filters.

Claims

1. Device for temperature measurement in the range> 700 K with a sensitive infrared camera ( 3 ) for capturing images of the measurement object in the near infrared range, in which the temperature range to be detected is determined by the camera aperture, camera, parameters and upstream optical filters, whereby the output signals of the television camera ( 3 ) are fed to evaluation electronics ( 6 ) to which a display device ( 7 ) is assigned.

2. Device according to claim 1, in which the evaluation electronics ( 6 ) and the display device ( 7 ) are designed such that the maximum temperature, the minimum temperature and the average temperature in the field of view are determined and output.

3. Device according to claim 1 or 2, in which the evaluation electronics ( 6 ) and the display device ( 7 ) are designed such that the gray-scale image is reproduced as a false color representation corresponding to the temperature.