Gekühlte im Vergleich zu ungekühlten optischen Gasbildgebungskameras

In der Welt der optischen Gasbildgebung (OGI) gibt es zwei Haupttypen von Gasdetektionskameras: gekühlte und ungekühlte. Jede verfügt über eine Infraroterkennungstechnologie mit spezifischen Vorteilen und Einschränkungen, die bei der Auswahl einer Kamera beachtet werden müssen. Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie OGI-Kameras funktionieren und für welche Anwendungen sie am besten geeignet sind.

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Wie funktioniert eine ungekühlte optische Gasbildgebungskamera?

Praktisch jedes Objekt sendet Infrarotstrahlung aus, selbst solche, die sehr kalt erscheinen. Eine ungekühlte Gasdetektionskamera verwendet einen so genannten Mikrobolometer-Detektor,—einen Sensor auf Wärmebasis, der bei Erwärmung oder Abkühlung eine Änderung des Widerstands erfährt,—um diese Strahlung zu messen und anzuzeigen. So funktioniert sie:

Das Objektiv der Kamera fokussiert die Infrarotstrahlung auf “Detektorelemente”. Jedes Detektorelement ist für die Erzeugung eines Pixels im endgültigen visuellen Bild verantwortlich. Mit anderen Worten, die Auflösung der Kamera gibt an, wie viele Detektorelemente sie hat.

Wenn die Strahlung auf die Detektorelemente trifft, erwärmen sich diese und ihr jeweiliger Widerstand ändert sich. Die Änderung des Widerstands wird für jedes Element gemessen, in eine digitale Zählung umgewandelt, durch die Temperatur kalibriert, einem Farb- oder Graustufenwert zugeordnet und als Pixel im sichtbaren Bild dargestellt.

Wie funktioniert eine gekühlte Wärmebildkamera?

Gekühlte Kameras funktionieren, indem sie Photonen der Infrarotenergie auffangen, die die Optik passieren. Diese Photonen werden in Elektronen umgewandelt, die in einem Integrationskondensator gespeichert werden. Nach einem bestimmten Zeitraum—der so genannten Integrationszeit—wird die Ladung als digitaler Zähler ausgelesen, mit einem Farb- oder Graustufenwert versehen und als sichtbares Bild dargestellt.

Das entscheidende Element einer gekühlten Kamera ist der Kryokühler, der in den Sensor integriert ist, um die Temperatur auf kryogene Temperaturen zu senken (etwa 77K oder -196°C/-321°F). Diese Absenkung der Sensortemperatur erhöht die Empfindlichkeit der Kamera erheblich, da das Rauschen auf ein Niveau reduziert wird, das unter dem des Signals der aufgenommenen Szene liegt.

Was sind die Vorteile der beiden?

Gekühlte Kameras sind empfindlicher und teurer als ungekühlte Kameras, die einfacher herzustellen und zu warten sind. Höhere Empfindlichkeit und Bildqualität sind wichtige Faktoren für bestimmte Anwendungen, insbesondere für die optische Gasbildgebung.

Wärmebilder von einem Handabdruck an einer Wand, im Abstand von zwei Minuten mit einer Wärmebildkamera mit gekühltem Detektor aufgenommen.

Wärmebilder von einem Handabdruck an einer Wand, im Abstand von zwei Minuten mit einer Wärmebildkamera mit ungekühltem Detektor aufgenommen.

Der Kryokühler einer gekühlten Kamera verbraucht eine große Menge an Energie und muss nach ungefähr 10.000-13.000 Betriebsstunden ersetzt werden. Ungekühlte Kameras erfordern nicht den gleichen Wartungsaufwand, haben einen geringeren Energieverbrauch und sind kostengünstiger als gekühlte Kameras.

Gekühlte Kameras stellen zwar eine ungleich größere Investition dar, bieten aber auch beachtliche Vorteile. Gekühlte Kameras haben höhere Bildraten, ermöglichen die Synchronisierung mit anderen Messgeräten und sind empfindlich genug, um Details aufzudecken und Messungen vorzunehmen, die mit ungekühlten Wärmebildkameras nicht möglich wären.

Warum haben die meisten optischen Gasbildgebungskameras gekühlte Detektoren?

Viele Gase, die für das bloße Auge unsichtbar sind, können durch optische Gasdetektion sichtbar gemacht werden.

In der Vergangenheit wurden OGI-Kameras mit gekühlten IR-Detektoren konstruiert, welche die für die Sichtbarmachung von Gas erforderliche Empfindlichkeit boten. Neue technologische Innovationen haben es ermöglicht, ungekühlte OGI-Kameras wie die FLIR GF77 zu einem wesentlich geringeren Preis herzustellen. Ungekühlte Kameras sind zudem ohne den Kühler einfacher konstruiert und sparen daher durch weniger Wartungsaufwand zusätzlich Kosten. Für einen kontinuierlichen Betrieb rund um die Uhr sind sie damit womöglich die bessere Wahl.

Ungekühlte OGI-Kameras sind jedoch darauf beschränkt, nur ein oder wenige Gase zu erkennen, während gekühlte OGI-Kameras empfindlicher sind und ein breiteres Spektrum an verschiedenen Gasemissionen erkennen können.

Welche Kamera benötige ich für meine Anwendung?

Gekühlte Kameras bieten eine höhere Empfindlichkeit, eine bessere Bildqualität und eine höhere Bildwiederholrate als ungekühlte Kameras. Sie eignen sich daher ideal zum Aufspüren kleiner oder niedrig konzentrierter Gaslecks, insbesondere aus der Ferne, sowie zur Einhaltung von Umweltvorschriften für die Leckerkennung. Darüber hinaus sind mehrere gekühlte OGI-Kameras von FLIR mit einer Technologie kompatibel, die Gaslecks quantifizieren kann (siehe FLIR QL320). Der Kryokühler erhöht jedoch das Gewicht, den Energieverbrauch und die Kosten erheblich.

Wenn die Anwendung nur die Erkennung größerer Lecks erfordert, ist eine ungekühlte Kamera wie die FLIR GF77 eine leichtere, schnellere und kostengünstigere Option, die dennoch phänomenale Ergebnisse liefern kann. Diese Kamera ist für die Temperatur kalibriert und bietet daher doppelte Möglichkeiten zur Gasdetektion und Zustandsüberwachung elektrischer und mechanischer Systeme. Und im Gegensatz zu gekühlten Kameras, die über interne Filter für bestimmte Gase verfügen, befindet sich die Gasfiltertechnologie in den austauschbaren Objektiven der GF77, d. h. diese eine Kamera kann zum Erkennen von Methan, Schwefelhexaflourid, Ammoniak, Ethylen und mehr verwendet werden.

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