Berührungslose Temperaturmessung

Berührungslose Temperaturmessung, Infrarot Sensoren für den Straßenbau Teil II

Wie schon im ersten Teil erwähnt, erhält die berührungslose Temperaturmessung aufgrund Ihrer Vorzüge immer mehr Einzug im Straßenbau. Nachdem in Teil I die Grundlagen behandelt wurden, geht es nun in Teil II um die unterschiedlichen Messverfahren.

 

Das Hauptbauteil eines jeden Infrarot-Sensors (IR-Thermometer) ist der Strahlungsaufnehmer „Detektor“.

Es wird zwischen zwei Hauptgruppen unterschieden.

IRDetektoren

 

Thermische Detektoren

Bei Absorption der IR-Strahlung, ändert sich die Temperatur des Dektorelements und bewirkt eine Änderung, welche elektrisch ausgewertet wird.

 

 

 

Bolometer

Array

Bei einem Bolometer wird ein empfindliches Element eingesetzt. Dieses ändert bei Absorption von Wärmestrahlen seinen Widerstand.

Die Widerstandsänderung ruft wiederum eine Änderung der über dem Bolometerwiderstand abfallenden Signalspannung hervor.

Für die benötigte hohe Empfindlichkeit, wird ein Material mit hohem Temperaturkoeffizienten des elektrischen Widerstands verwendet.

Durch neue Technologien ersetzt die Halbleitertechnologie immer mehr die mechanischen Scanner.

Die so genannten FPA (Focal Plane Arrays) werden auf Grundlage von Dünnschichtbolometern hergestellt und sind mittlerweile als 320×240 erhältlich.

 

Pyroelektrische Detektoren

Pyrometer

Bei Pyroelektrische Detektoren ändert sich durch die Absorption der Infrarotstrahlung, die Oberflächenladung des pyroelektrischen Elements.

Diese wird mit Hilfe von zwei aufgedampfte Elektroden in ein elektrisches Signal umgewandelt und in einem Vorverstärker verarbeitet.

 

Thermopile (Strahlungsthermometer)

Thermopile

Hier wird sich der thermoelektrische Effekt zwischen zwei verschiedenen Metallen zu Nutze gemacht. Wird diese Verbindung erwärmt, entsteht eine elektrische Spannung.

Wird die Erwärmung der Verbindungsstelle durch die Absorption von Infrarotstrahlung hervorgerufen, spricht man von einem Strahlungsthermoelement.

Erwärmt sich die Detektorfläche des Strahlungsthermoelements, entsteht eine zur Temperatur proportionale Signalspannung, welche dann abgegriffen werden kann.

 

 

Quantendetektoren

Quantendetektor
Quantendetektoren reagieren im Vergleich zu thermischen Detektoren um ein vielfaches schneller.

Basierend auf dem fotoelektrischen Effekt, wird durch die auffallenden Photonen in der Infrarotstrahlung, die Elektronen im Halbleitermaterial auf ein höheres Energieniveau angehoben. Das beim Zurückfallen entstehende elektrische Signal wird dann für die Weiterverarbeitung abgegriffen.

 

@Teil III Beispiele & Praxisanwendungen im Straßenbau