TERMAL KAMERALAR NASIL ÇALIŞIR?

Infrared termografi, termal görüntüleme, termografik görüntüleme, termal video olarak isimlendirilen bu alan, infrared görüntüleme biliminin bir parçasıdır. Termografik kameralar elektromanyetik spektrumun kızılötesi aralığındaki ( yaklaşık 900-14000 nanometre ) ışınımları tespit ederek gözle görülmeyen bu ışınımları gözle görülebilecek bir hale getirir.

Tüm nesneler vücut sıcaklıklarından dolayı az veya çok kızılötesi ışınım gerçekleştirirler. Termografi sayesinde bu görünmez ışınlar görünür hale getirilebilmektedir. Cisim tarafından yapılan yayınım arttıkça sıcaklıkta artacaktır. Bu yüzden termografi sayesinde değişik sıcaklıkları farkedebilmek mümkün hale gelmektedir. Sıcaklığı yüksek nesneler soğuk nesneler önünde kolaylıkla farkedilebilmektedir. Bu yüzden insan gibi sıcak kanlı canlılar dış ortamda termal kamera ile kolaylıkla tespit edilebilmektedirler. Bu özellikleri sayesinde termal kameralar özellikle askeri alanlarda büyük bir kullanım alanı bulmuşlardır.

Termal görüntülemenin birçok kullanım alanı bulunmaktadır. Örneğin askeri alanda, ateş edilen bölgenin tespiti, kişi tespiti, araç ve uçak tespiti gibi uygulamalarda kullanılabilmektedir. Bunun yanısıra termal görüntüleme enerji iletim hatlarının analizi, havalandırma sistemleri analizi, bina yapımı, ısı sızdırmazlık testleri gibi birçok alanda kullanılabilmektedir.

Modern termal kameraların görüntüleri ve kullanımları normal kameralarla benzerlikler taşımaktadır. Normal kameralarda kullanılan CCD ve CMOS imaj sensörleri görünebilir ışıkları alabilecek şekilde tasarlanmışlardır, infrared ışığa karşı duyarlı değildirler. Bu yüzden birçok termal görüntüleme kamerası özellikle bu iş için üretilmiş focal plane arrays ( FPA ) imaj sensörler kullanmaktadırlar. FPA’ lar daha uzun dalgaboylarına cevap verebilmektedirler. En çok kullanılan FPA çeşitleri InSb, InGaAs, HgCdTe ve QWIP’ tir. Çözünürlükleri normal optik kameralardan düşüktür. En sık kullanılan çözünürlük değerleri

- 160×120
- 320×240
- 640×512

Çözünürlük arttıkça maliyet oldukça artmaktadır. Termografik kameralar görünür spektrumu gösteren kameralara göre oldukça pahalıdır ve en son modelleri genellikle ithalat sınırlamalıdırlar. Eski nesil ışınımölçerler ( Bolometre ) veya daha duyarlı modeller ( InSb gibi ) kriyojenik soğutma isteyebilmektedirler. Bu işlem minyatür stirling döngülü buzdolapları veya likit nitrojen ile yapılabilmektedir.

Termal Enerji

Termal görüntülemede bir cisim tarafından yayılan, iletilen ve yansıtılan kızılötesinin tamamı gösterilmektedir. Bu yüzden bu yolla cismin sıcaklığı ile ilgili kesin bir değer bulunması oldukça zordur özel matematiksel hesaplamalar ister.

Toplam Enerji = Yayılan Enerji + İletilen Enerji + Yansıtılan Enerji

Bir termal kamera ile bakıldığında görülen enerji toplam enerjiyi göstermektedir.

Yayılan Enerji : Genellikle ölçülmek istenilen enerjidir.
İletilen Enerji : Uzak bir termal kaynaktan gelip içinden geçen enerji
Yansıtılan Enerji :Uzak bir termal kaynaktan gelip cismin yüzeyinden yansıyan enerji

Eğer cisim bulunduğu ortamdan daha yüksek bir sıcaklığa sahipse termodinamiğin ikinci yasasına bağlı olarak sıcak cisimden soğuk cisme doğru bir ısı akışı gerçekleşecektir. Bu yüzden eğer termografisi alınacak ortamda soğuk bir alan varsa bu cisim sıcak cisim tarafından yayılan radyasyonu emecektir. Bu cisimlerin yayma ve emme yeteneklerinin her ikisine de emissivity denmektedir. Dış ortam şartlarında ısı iletimine neden olan rüzgarın varlığı da gözönüne alınmalıdır.

Termografik kamera ilk adım olarak insan gözünün göremeyeceği elektromanyetik ışınımları görecek daha sonra çeşitli matematiksel algoritmalar kullanıp bunu gözle görülebilir bir resme dönüştürüp genellikle JPG formatında kaydedecektir.

Emissivity

Malzemelerin termal ışınım yayma yeteneklerine emissivity denmektedir. Her materyalin ayrı bir emissivity değeri bulunmaktadır. Bu değer 0.00 ( iletimsiz ) ile 1.00 ( tam iletimli ) arasında değerlendirilmektedir.

Bir cismin sıcaklık ölçümünün yapılabilmesi için kameraya ortamdaki cisimlerin emissivity değerleri girilmiş olmalıdır. Kamera algoritması bu değerlere göre gerçek sıcaklığı hesaplayacaktır.

Termografi kameraları -50 santigrat derece ile 2000 santigrat derece aralığında kızılötesi ışınımı tespit edebilmektedir. Böylece bir cismin kızılötesi ışınımını tespit edebilmek için eski IR film teknolojisinde olduğu gibi min. 250 santigrat derece olması gerekmemektedir.

Pasif ve Aktif Termografi

Mutlak sıfır sıcaklığının üzerindeki tüm cisimler infrared radyasyon yaymaktadırlar. Bu yüzden termal varyasyonları ölçmenin en mükkemmel yolu infrared görüntü cihazları kullanmaktadır. Bu cihazlardan en yaygın kullanılanları ise FPA infrared kameralardır. Bu kameralar orta ( 3 to 5 μm ) ve uzun (7 to 14 μm) dalga boylarını tespit edebilmektedir.
Pasif termografidie ilgilenilen cisim arka planından doğal olarak daha soğuk veya daha sıcaktır. Aktif termografide ise termal kontrast oluşturmak amacıyla harici bir enerji kaynağı gerekmektedir.
Termografinin Avantajları
- Görünür bir resim verdiği için büyük bir alanın sıcaklığı karşılaştırılabilir.
- Gerçek zamanlı olarak hareketli hedefleri yakalayabilme yeteneği vardır.
- Arıza sonucu ısınmaya başlamış ve yüksek sıcaklık nedeniyle bozulabilecek malzemelerin bulunması sağlanabilir.
- Diğer metodlarla ölçüm yapılamayacak kadar tehlikeli yerlerde ölçüm ve gözlem yapabilmeye imkan tanımaktadır.
Termografinin Dezavantajları
- Az sayıda üretilmeleri nedeniyle fiyatları oldukça yüksektir ( 6000 usd ve üzeri )
- Tecrübeli bile olsanız görüntüleri tercüme etmek zor olabilmektedir.
- Doğru sıcaklık ölçümleri, emissivity ve diğer yüzeylerden meydana gelen yansımalar nedeniyle engellenmektedir.
- Sadece yüzey sıcaklığını ölçebilir.

Uygulamalar
- Medikal görüntüleme
- Veterinerlik uygulamaları
- Gece görüş sistemleri
- Araştırma projeleri
- Proses kontrolü
- Askeri savunma ve güvenlik amaçlı
- Kimyasal görüntüleme
- Volkan inceleme sistemleri
- Durum gözleme sistemleri