Ein Thermogramm kommt selten alleine. Die moderne Wärmebildtechnik bietet viele Möglichkeiten, Aufheiz- und Abkühlungsprozesse in Natur und Technik in Zeitreihenaufnahmen festzuhalten.

Was sind Zeitreihen ?
Immer wenn es darum geht, nicht nur die Temperaturverteilung mit einem Thermogramm festzuhalten, sondern die Entwicklung von Temperaturen über die Zeit zu beobachten, dann liegt es nahe, aus einer Serie von Thermogrammen einen Film zu machen. Je nach Anwendungsfall kann dieser Film dann in Zeitraffer, in Zeitlupe oder auch ganz normal abgespielt werden:

Darstellung als Filmsequenz als animated GIF

Zeitreihen sind aber noch wertvoller: Weil die Abstände zwischen den einzelnen Thermogrammaufnahmen bekannt sind, kann auf Wärmeleitung, Wärmeab- und Wärmezufuhr im vermessenen Objekt geschlossen werden, eine wichtige Information für jeden Entwicklungsingenieur. Hier stehen verschiedene Auswertungsverfahren zur Verfügung:

Diagrammdarstellungen Meßpunkt(e) über die Zeit
3D-Gebirge aus Zeilen- oder Spaltenmessung über die Zeit
Tabellen (Excel-Kompatibel)
 

Technik der Zeitreihen Zeitreihen können mit einer modernen Scannerkamera in drei verschiedenen Weisen aufgenommen werden, die die unterschiedlichsten Anforderungen abdecken:

Langzeitbeobachtungen mit Sekunden bis Stunden Bildabstand mit Timersteuereung
schnelle Kurzzeitsequenzen mit 0,2 bis 0,8 Sekunden Bildfolge im internen FIFO-Speicher der Kamera
ultraschnelle Zeilenscans mit 4 Millisekunden Aufnahmezeit pro Zeile im internen FIFO-Speicher der Kamera
 

Kameraeigenschaften Die Kamera Varioscan 3011 von Dittié Thermografiebietet breiten Spielraum für den individuellen Zuschnitt einer Zeitreihenmessung. Die Grenzen der Aufnahmetechnik werden nur von der Speicherkapazität und dem schnellsten Rythmus des Horizontalscanners festgelegt:
 
Abtastfrequenz horizontal: 250 Hertz (4 Millisekunden pro Zeile)
Abtastfrequenz vertikal: Alle 0,2 / 0,4 / 0,8 Sekunden (50 / 100 / 200 Zeilen pro Bild)

 
Maximale Zeilenzahl: 3800 Zeilen = 15.2 Sekunden
Bilder bei schnellen Sequenzen: 19 Vollbilder
Bildanzahl bei Langzeitsequenzen:  > 1000 (hängt nur von der verwendeten Speicherkarte ab ...)

 
Zeitabstand Zeilenscan: 4 Millisekunden und Vielfache davon
Zeitabstand schneller FIFO-Scan: 0,2 / 0,4 und 0,8 Sekunden (Auflösungsabhängig)
Zeitabstand Langzeitsequenzen: Ab 5 Sekunden und länger

Eine genaue Beschreibung der technischen Eigenschaften der Thermografiekamera findet man hier.
 

Planung und Service Zeitreihenaufnahmen sind ein Spezialgebiet von Dittié Thermografie, wo Sie auf viel Erfahrung mit den unterschiedlichsten Meßverfahren zugreifen können. Dabei ist jede Meßaufgabe entsprechend dem Ziel sehr individuell. Um Ihr Projekt optimal vorzubereiten gibt es die Angbote:

Beratung bei Auswahl von Aufnaheabständen, Bildfeldern, Temperaturskalen
Beratung bei Planung und Vorbereitung des Meßaufbaus
Fertig vorbereitete Auswertungssoftware für zügige Ergebnisse
Bei größeren Projekten oder Projekten mit experimentellem Charakter ist eine Probemessung inclusive 
 
 
Thermografie ist eine komplexe Dienstleitung: 
Individuelle Beratung und Planung sind grundsätzlich immer mit dabei.


 

Auswertung von Zeitreihen 
Schnelle Sequenzen
Aufheiz- und Akühlungsprozesse können sehr schnell sein. Hier reicht es wenn eine kurze Sequenz von Bildern aufgenommen wird, die als Kurzfilm die Temperaturänderung zeigt. Für die Aufnahme von Kurzzeitsequenzen wird der in der Varionscan 3011 eingebaute FiFO-Speicher genutzt, in dem die Thermogramme in Echtzeit abgelegt werden.

Es stehen insgesamt 19 Bilder für eine Sequenz zur Verfügung:

Aufnahmezeit 15,2 Sekunden mit 200 Zeilen Auflösung und 0,8 Sekunden Bildabstand
Aufnahmezeit 7,6 Sekunden mit 100 Zeilen Auflösung und 0,4 Sekunden Bildabstand
Aufnahmezeit 3,8 Sekunden mit 50 Zeilen Auflösung und 0,2 Sekunden Bildabstand

Dabei bleibt das Bildformat mit 300 mal 200 Pixeln konstant. Wenn die effektive Bildauflösung herabgesetztwird, um die Aufnahmegeschwindigkeit zu steigern, wird bei einer Vertikalauflösung von 100 Zeilen jede Zeile verdoppelt und bei einer Auflösung von 50 Zeilen vervierfacht. Damit bleibt der Bildwinkel immer gleich. Das gilt auch für die Horizontalauflösung.
 

Langzeitbeobachtung Ganz andere Vorgänge mit Temperaturveränderungen gehen langsam vor sich, so daß hier mit Zeitraffer gearbeitet wird, um die gewünschte Information zu bekommen. In genauen Abständen wird hier Thermogramm für Thermogramm von einem Startzeitpunkt ab aufgenommen. Die Anzahl der Bilder ist dabei unbedeutend, da hier genug Zeit zur Ablage auf einem exterenen Datenträger zur Verfügung steht. Nur die Speicherkapazität des Mediums begrenzt die Anzahl bzw. die Länge der Aufnahmereihe. 

Die Bildauflösung kann mit 300 mal 200 Bildpunkten ganz optimal gewählt werden.
Die minimale Zeitabstand zwischen zwei Bildern beträgt wenige Sekunden.
Zum langen Ende gibt es keine Grenze.
 

Ultraschneller Zeilenscan Es geht auch ganz schnell. In Natur und Technik, Forschung und Entwicklung gibt es Aufheiz- und Abkühlungsprozesse, die sich in Millisekunden bis einige Sekunden vollziehen. Hier kann normale Aufnahmetechnik nicht mehr weiterhelfen, dafür ist die Zeilenscantechnik hier genau das Mittel zum Zweck.

Bei der ultraschnellen Zeilenscantechnik wird auf die Vertikalabtastung des Bildmotivs verzichtet, so daß man entlang einer Bildzeile (oder im Hochformat entlang einer Spalte) mißt, daß jedoch sehr schnell, da eine Zeile in 4 Millisekunden komplett abgescannt wird.

Die Temperaturinformation wird ausgelesen, indem der FIFO-Speicher der Thermografiekamera in geordneter Weise ausgelesen wird. Dabei faßt der FIFO-Speicher 3800 Bildzeilen mit je 300 Bildpunkten (insgesamt 15.2 Sekunden Aufnahmedauer). Es entsteht ein Datenkubus aus Zeilenposition, der Zeit und der an dem Meßpunkt gemessenen Temperatur.

Durch Auslassen von Zeilen kann die Meßgeschwindigkeit herabgesetzt werden, wobei aus technischen Gründen die Aufnahmedauer mit 15,2 Sekunden konstant bleibt.
 

Filmsequenzen Der Mensch ist ein Augentier: Viele Prozesse werden schon durch die Darstellung als Filmsequenz klar und gegen die gewünsche Auskunft über einen zeitlichen Vorgang. Durch die Möglichkeiten moderner Multimediatechnik stehen hier viele verschiedene Formen der Darstellung zur Verfügung:

Darstellung als animated GIF auf CD-ROM oder via Internet (MPEG und AVI sind in Vorbereitung)
Darstellung als Videoclip auf Videokasette in den Formaten VHS, Hi8 und Mini-DV
 

Diagramme Wenn man Trends mit genaueren Informationen über die Temperaturwerte verbinden will, bieten sich Diagramme als Darstellungsform der Ergebnisse ab. Je nach Aufgabenstellung sind hier die verschiedenen Kombinationen aus Zeit, Orts- und Temperaturskala denkbar.

Die Temperatur an einem bestimmten Ort wird über die Zeit in einem klassischen 2D-Diagramm dargestellt.
Gibt es mehrere Meßpunkte in einem Thermogramm, so entsteht eine Kurvenschar im 2D-Diagramm. Die einzelen Kurven können mit verscheidenen Farben markiert werden.
Interessiert eine bestimmte Bildzeile oder -spalte im Diagramm, so bietet sich ein 3D-Diagramm in Projektion, z.B. als Gebirge an. Die drei Achsen markieren dann Zeit, Ort und Temperatur.
Eine alternative Darstellung von zeitlichen ond örtlichen Temperaturmeßwerten ist eine Isothermendarstellung, genau wie die Höhenlinien in einer Landkarte.

Wählen Sie aus, welche Darstellung für Ihre Zwecke am geeignetsten erscheint. Ich berate Sie gerne.
 

Zahlentabellen Zeitreihenaufnahmen können neben einer visuellen Information auch genaue numerische Eingangsdaten für Simulationen, für Berechnungen und für weitere Auswertungen liefern. Dabei entsteht eine vierdimensionale Matrix aus Daten: Spaltenposition, Zeilenposition, Zeitpunkt, Temperatur. Weil zur numerischen Auswertung keine visuelle Vorstellung von Nöten ist, kann hier alleine das Interface zu Ihrem Auswerteprogramm das Ausgabeformat bestimmen.

 

Anwendungen aus Industrie, Entwicklung und Wissenschaft

Die Beispiele für Zeitreihenaufnahmen mit Thermografie sind als Ausschnitt so aus den verschiedensten Kombinationen ausgewählt, daß die Spannbreite der Möglichkeiten aufgeführt werden kann. Sie stellen sicher nicht alles dar, was als Zeitreihenaufnahme realisiert werden kann. Haben Sie Anwendungen, die ganz anders gestaltet sind, so ist eine gründliche Vorabberatung und Planung der Meßprozedur inklusive.

Abkühlungsprozesse
Das Beispiel für die Zeitreihenthermografie eines sehr schnellen Abkühlungsprozesses zeigt einen als Bild zusammengefügten Zeilenscan der Abkühlung eines mit Stickstoff angeblasenen Bleches. In diesem Aufbau wird die Wärmebehandlung der Prüflinge optimiert.

Mikroklima
Wildlebende Bienen und -wespen gehören zu den vom Aussterben bedrohten Tierarten in Deutschland, hauptsächlich durch die Zerstörung ihres natürlichen Lebensraumes, wie Lehm und Sandabhänge, wie sie früher an natürlichen Flußläufen zu finden waren.  Zur Erforschung ihrer Lebensgewohnheiten sind mikroklimatische Beobachtungen ihrer Siedlungsplätze notwendig, damit die verbliebenen Siedlungsplätze erkannt und erhalten werden können.

Panorama einer natürlichen Steilwand um 9.00 Uhr

Panorama einer natürlichen Steilwand um 10.00 Uhr

Panorama einer natürlichen Steilwand um 13.00 Uhr

Panorama einer natürlichen Steilwand um 16.00 Uhr

Aufheizprozesse
In diesem Beispiel wird der Aufheizvorgang bei einem großflächigen Heizelement in einer Langzeitserie demonstriert. Temperaturverteilung, Temperaturniveaus, und die geschwindigkeiten konnten dabei in einer Serie von 60 timergesteuerten Thermogrammen mit je 5 Sekunden Abstand ganz präzise erfasst werden.

 

Paßt Thermografie als Film oder Meßsequenz zu Ihrer Anforderung ? Reden wir miteinander:dittie(at)thermografie.de oder direkt 02244 / 9049806  (at) bitte durch @ ersetzen
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