Vad är termografi

I detta inledande teoriavsnitt ska vi förklara, förhoppningsvis på ett lättförståeligt sätt, vad är termografi och de grundläggande fysikaliska principerna. Termografi eller termografering är ju en benämning på den teknik som innebär användning av en termisk kamera (värmekamera) för att visualisera värmestrålning eller temperaturfördelning på olika föremåls ytor.

Värmespridning

Spridning av värme kan ske på tre olika sätt:

Värmeledning; I och mellan fasta material.

Strömning; I gaser och mellan gaser och andra material.

Strålning; Inget överföringsmedium.

Värmeledning (Konduktion)

Värmeledning sker främst i fasta material till följd av skillnad i temperatur. Värme överförs från en varmare till en kallare punkt eller del (termodynamikens andra huvudsats).

Strömning (Konvektion)

Strömning eller konvektion är ett värmeutbyte som sker när en gas eller vätska strömmar förbi en yta. Vid konvektion är alltid en fas en fluid (vätska eller gas).

Strålning

Överföring av energi utan något medium är vad vi kallar för strålning. Emellertid finns det tre huvudtyper av strålning nämligen partikel-, gravitations- och elektromagnetisk strålning. Men när vi talar om strålning inom termografi, vilket vi gör här, så är det elektromagnetisk strålning vi avser.

Värmestrålning

Värmestrålning är en form av elektromagnetisk strålning och den strålning som vi med hjälp av en värmekamera kan detektera. Alla kroppar med en temperatur över absoluta nollpunkten (-273 °C) sänder nämligen ut, emitterar, värmestrålning i form av elektromagnetiska vågor.

Vad är elektromagnetisk strålning

En elektromagnetisk strålning är en vågrörelse som fortplantas i tid och rum och överförs med ljusets hastighet (c ).
En vågrörelse har en våglängd (𝛌) och där en våglängd tar en viss tid (T), som kallas för periodtid, för att fortplanta sig.
Periodtid förhåller sig till frekvens (antal perioder eller svängningar per sekund) som f = 1/T
Produkten av frekvens och våglängd är konstant: 𝛌 • f = c (ljusets hastighet)
Som namnet antyder består den av ett elektriskt och ett magnetiskt fält som oscillerar i rät vinkel mot varandra.

Våglängd

Eftersom våra ögon är anpassade för att upptäcka elektromagnetisk strålning i våglängdsområdet 400 – 700 nm (1 nm =10^-9 meter), kallar vi det området för synliga våglängdsområdet.

Infraröd strålning

Våglängdsområdet för infraröd strålning börjar vid ca 700 nm (0,7 µm) och slutar vid 1 mm (1000 µm). Även om infraröd strålning inte är synligt för det mänskliga ögat kan strålning av infraröd energi kännas. En ångande kopp kaffe avger värme som du kan känna om du håller din hand nära sida.

Värmestrålning består egentligen av hela det infraröda området, allt synligt ljus och dessutom en del av den ultravioletta strålningen. Men det mesta av den termiska energin överförs inom det infraröda området. Så när vi talar om värmestrålning är det infraröd strålning vi avser.

…. så vad är termografi?

En termisk kamera producerar en bild som liknar en vanlig kamera. Men till skillnad från en vanlig kamera, detekterar termiska (infraröda) sensorer elektromagnetiska vågor med våglängder inom det infraröda området. Därför kan termiska kameror ”se” värme, eller mer rätt, infraröd strålning. Mängden infraröd strålning ökar ju varmare ett objekt är.

Termisk avbildning tillåter oss att se ett föremåls värme som strålar ut från dess yta. På detta sätt mäter termiska kameror temperaturen i olika punkter i bilden och tilldelar sedan varje temperatur en nyans av en färg. Kallare temperaturer representerar oftast som en nyans av blått, lila eller grönt. Varmare temperaturer däremot som en nyans av rött, orange eller gult. Vissa termiska kameror använder dock en gråskala i stället. Säkerhetskameror för att användas i mörker är däremot alltid i svartvitt. Det finns en god anledning bakom det då det mänskliga ögon kan skilja mellan svart och vitt bättre än de kan skilja andra färger, som rött eller blått.

Våglängd för infraröda kameror

Våglängdsenhet när det gäller infraröda kameror är oftast enheten µm (1 µm = 1 mikrometer = 10^-6 meter). Därför kommer vi främst att använda denna enhet i fortsättningen.

Våglängder emellan 0,7 µm – 14 µm är viktiga för mätning av infraröd strålning. Det är precis i slutet av det synliga spektrumet samt det som bilden benämner SWIR = Short-Wave IR & MWIR = MidWave IR och LWIR = Long-Wave IR. Men över dessa våglängder är energinivån så låg att detektorerna i en infraröd kamera inte är känsliga nog att detektera dem.

Atmosfäriskt fönster

transmissivitet luft — *Luftens genomsläpplighet för infraröd strålning*

Diagrammet nedan visar att luftens genomsläpplighet för infraröd strålning starkt beror på vilken våglängd det gäller. Det växlas friskt mellan områden med hög respektive låga värden. De atmosfäriska fönsterna är områdena med hög transmissivitet, alltså hög genomsläpplighet, som man vill mäta i.

Detta är anledningen till att man i specifikationen för en infraröd kamera ser att det våglängdsområde som kameran mäter ofta är ca 3 – 5 µm eller ca 8 – 14 µm (LWIR).