Spektrale Information in der Thermographie

Abstract

In dieser Arbeit wurde das Prinzip der Zweikanalpyrometrie auf eine Dual-Band Infrarotkamera für die Bereiche 4,4-5,2 µm und 7,8-8,8 µm zur Rekonstruktion von Temperatur- und Emissivi-tätsbildern übertragen. Angewendet auf eine Aluminiumprobe und zwei Stahlproben mit unter-schiedlichen Oberflächenzuständen und bei Probentemperaturen zwischen 50 und 100 °C konnte unter Berücksichtigung der Umgebungsstrahlung eine örtlich aufgelöste Trennung von Temperatur- und Emissivitätskontrast erreicht werden. Zum Vergleich wurde die Rekonstruktion auch innerhalb des mittleren Infrarotbereichs mit Hilfe von Spektralfiltern durchgeführt. Hierbei wurden noch bessere Ergebnisse erzielt. Weiterhin wurden mit der Dual-Band Kamera infrarot-transparente Werkstoffe mit optisch angeregter Impuls und- Lock-In Thermographie untersucht. Proben waren Beschichtungen aus yttrium-teilstabilisiertem Zirkonoxid unterschiedlicher Dicke auf Stahl sowie PVC-Platten mit künstlichen Fehlern in unterschiedlichen Tiefen. Es ergaben sich vom Spektralband abhängige Abklingkurven der Temperatur mit unterschiedlichen Zeiten für das Auftreten des Fehlerkontrasts. Die experimentellen Ergebnisse wurden für die Keramik-schichten mit einem Modell beschrieben. In einem Ausblick auf weitere mögliche zukünftige Anwendungen wurden spektrale infrarotoptische Eigenschaften von Holz, CFK und menschli-cher Haut sowie beschichteten Automobilblechen untersucht, wobei sich neuartige Bildkontraste ergaben.

In this work the principle of two wavelength pyrometry was transferred to the reconstruction of temperature and emissivity images using a dual-band infrared camera working at 4.4 to 5.2 microns and 7.8 to 8.8 microns. The technique was applied to an aluminium sample and two steel samples with different surface conditions and at temperatures between 50 and 100 °C. A spatially resolved separation of temperature and emissivity contrast could be achieved under consideration of the environmental radiation. For comparison, using a mid-infrared camera with spectral filters, reconstructed images were obtained with even better results. Furthermore, infrared semi-transparent materials were investigated using the dual-band infrared camera with optically excited pulsed and lock-in thermography. Samples were yttrium partly stabilized zirco-nia coatings on steel and PVC plates with artificial defects in different depth. A dependence of the cooling slopes and the phase shifts on the spectral band as well as different times for occur-rence of the defect contrast was observed. The experimental results on the zirconia coatings were described by a theoretical model. In an outlook on further possible future applications, materials like timber, CFRP, human skin and coated automotive steel sheet were examined and a novel image contrast was found.