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Thermische Radiometrie zur Gefahrenerkennung

Keine Kulanz

Waren Kameras mit Thermischer Radiometrie (TR) in der Vergangenheit eher auf militärische Anwendungen begrenzt, halten sie derzeit zunehmend Einzug in kommerzielle Bereiche. Wie das Marktforschungsinstitut IHS ermittelte, wurden im Jahr 2014 weltweit 245 Millionen US-Dollar mit Thermalkameras in kommerziellen Sicherheitsanwendungen umgesetzt, bis 2019 sollen es nahezu 500 Millionen US-Dollar sein.

Mittlerweile gibt es Videosysteme, bei denen die Thermaltechnologie und die optische Sensortechnologie mit einem intelligenten, „On-board“-Video-sensor kombiniert sind, wodurch sich Objekte und Personen in kompletter Dunkelheit über hunderte Meter oder bei Sichtein-schränkungen durch Rauch oder Smog automatisch detektieren und durch die optischen Bildsensoren identifizieren lassen. So kann ein schnelles Eingreifen bei unvorhergesehenen Ereignissen erfolgen.

Thermalkameras sind aufgrund der neuen thermischen Sensor-Technologie in der Lage, automatische Ereignisse innerhalb eines Temperaturbereiches von minus 40 bis zu plus 550 Grad Celsius auszulösen. Daher eignen sie sich zur Alarmierung von Temperaturgrenzen oder -bereichen, was entscheidend bei der Erkennung von Feuer oder Hitzequellen ist. Diese Lösungen werden daher beim Feuer- und Brandschutz im Innen- und Außenbereich eingesetzt – beispielsweise bei der Waldbranderkennung, aber auch beim Werkschutz und zur Sicherheit in Produktionshallen sowie zur Maschinen- und Geräteüberwachung. Außerdem nutzen Nahrungsmittelindustrie und Logistik-Systeme die TR-Technologie sowohl bei Produktion und Lagerung als auch beim Transport von Gefahrengütern wie Gasen, Flüssigkeiten oder chemischen Produkten.

Alarm bei 0,05 Grad Abweichung

Die Wärmebildtechnik ist ein berührungsloses bildgebendes Verfahren, das die für das menschliche Auge unsichtbare Wärmestrahlung (mittleres Infrarot) eines Objektes oder einer Person sichtbar macht. Diese Wärmestrahlung ist eine elektromagnetische Strahlung, die ein Körper aufgrund seiner Temperatur aussendet. Ursache ist die thermische Bewegung der Moleküle des Körpers. Dabei handelt es sich um beschleunigte Ladungen, die Strahlung aussenden. Bei der Wärmebildtechnik werden Temperaturverteilungen auf Flächen sowie Gegenständen erfasst und dargestellt, in der Regel in Fehlfarben (blau = kühler, rot = wärmer). Die Bildauflösung ist im Hinblick auf die Pixelanzahl deutlich niedriger als bei Kameras für den sichtbaren Spektralbereich.

Im Gegensatz zu Kameras mit optischen Bildsensoren ist eines der entscheidenden Qualitätskriterien für eine Thermalkamera die Fähigkeit, so geringe Temperatur-unterschiede wie möglich zu erfassen und im Bild durch Farbunterschiede darzustellen. Diese Empfindlichkeit des Thermalsensors wird durch den Rausch-Signalabstand NETD in Millikelvin (mk) angegeben. So lassen sich mit einem NETD von 50 mk bereits minimale Temperaturunterschiede von 0,05 Grad visualisieren.

Veränderung löst Ereignisse aus

Videolösungen, die über einen Wärmebildsensor im Industriestandard mit einer NETD von 50 mk und zusätzlich über ein Thermal-Sensormodul mit TR-Technolo- gieverfügen, bieten weitere Vorteile. Denn diese Systeme sind in der Lage, die Wärmestrahlung im gesamten Bildbereich zu messen und pro Pixel einen Temperaturwert zuzuordnen. Aufgrund dieser Messwerte lässt sich bei Über- oder Unterschreitungen eines individuell definierten Grenzwertes ein Ereignis auslösen. Das kann ein Kameraalarm, eine Netzwerkmeldung oder die Aktivierung eines Schaltausgangs sein.

Die Temperaturmessung erfolgt mit einer Genauigkeit von +/- zehn Kelvin auf Basis der quantitativen elektromagnetischen Wärmestrahlung, die von den einzelnen Objekten im Sichtbereich beziehungsweise im TR-Messfenster ausgeht. Die Genauigkeit der Temperaturmessung hängt vom Emissionsgrad des gemessenen Objektes ab, der vom Material und der Oberfläche des Messobjektes bestimmt wird. Zudem misst die Kamera nicht nur die Strahlung, die vom Objekt kommt, sondern auch diejenige, die von anderen Objekten wie von einem Tisch oder Fenster zurückreflektiert wird.

Gefahren erkennen und lokalisieren

Daher eignen sich Videosysteme mit TR-Technologie dazu, potenzielle Gefahren durch plötzlich auftretende Über- oder Untertemperaturen zu erkennen und automatisch ohne Zeitverzögerung darauf zu reagieren. Das können beispielsweise Schwelbrände oder plötzlich auftretende Gase sein, die eine sofortige Veränderung der Umgebungstemperatur bewirken. Dank der TR-Technologie lassen sich diese Gefahren sofort erkennen, lokalisieren und bekämpfen, bevor größere Schäden eintreten. Der große Vorteil der Wärmebildtechnik liegt darin, dass die Detektion und Messung auch aus Entfernungen von bis zu mehreren hundert Metern und damit auch in großen und schwer zugänglichen Bereichen erfolgen kann.

Neue Möglichkeiten durch Kombination

Neue Möglichkeiten bietet die Überlagerung der Bilder (Thermal Overlay), die der thermale und der optische Sensor liefern. Diese Art der Darstellung bietet eine bessere Verortung der Ereignisse und somit eine bessere Planungsgrundlage der Reaktionen darauf.

So lassen sich beispielsweise Anfahrtswege, die in der Falschfarben-Darstellung des Thermalsensors nur schlecht oder gar nicht im Gelände zu unterscheiden sind, durch die Bildinformationen aus dem optischen Sensor besser erkennen. Der Weg zur Brandquelle kann besser geplant und somit insgesamt effektiver gehandelt werden.

Wie die TR-Technologie in der Praxis funktioniert, zeigt beispielsweise der Einsatz von Mobotix-Kameras in einem Biomassekraftwerk in Kaiserslautern. Dort werden zwei M15 Thermalkameras mit der neuen TR-Technologie im Bestückungsbunker eingesetzt, in dem Biomasse verbrannt wird. Diese Videosysteme zeichnen sich vor allem dadurch aus, dass sie die Thermaltechnologie und die optische Sensortechnologie mit der intelligenten „On board“-Bewegungsanalyse „MxActivitysensor“ kombinieren. Überschreitet die Temperatur in diesem Bunker 60 Grad Celsius, wird automatisch ein Alarm ausgelöst, und der Werksdienst kann sofort darauf reagieren. Darüber hinaus zeigen die Kameras auch an, wenn eine bestimmte Temperatur unterschritten wird, weil zu wenig Biomasse im Bunker ist, denn das Kraftwerk darf auf keinen Fall leer laufen. Dank der Videosysteme ist es so möglich, die dafür notwendigen Prozesse zu optimieren.

Mit der Mobotix-Videomanagementsoftware sind die Kameras in den Leitstand im Kraftwerk eingebunden. So hat der Werkschutz immer im Blick, was im Bunker passiert. Bis zu 20 verschiedene Temperatur-Ereignisse können einfach in einem TR-Fenster oder über das komplette Sensorbild mit einer typischen Genauigkeit von +/- zehn Grad konfiguriert werden. Außerdem bieten die Dual-Thermalkameras Thermal Overlay, um „Hotspots“ im sichtbaren Bild besser identifizieren und Schäden vermeiden zu können.

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Mobotix

Thermale Radiometrie detektiert Brände

Mobotix hat neue Wärmebildkameras mit automatischer Temperaturalarmierung vorgestellt. Mittels thermaler Radiometrie (TR) und Hot-Spot-Analyse können sie zur Identifikation von Hitzequellen und zur Früherkennung von Bränden eingesetzt werden.

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Mobotix

Brandschutz durch thermische Radiometrie

Mobotix führt eine neue Reihe von Thermalkameras ein, die dank einer neuen thermischen Sensor-Technologie automatische Ereignisse innerhalb eines Temperaturbereiches von -40 bis +550 Grad Celsius auslösen kann.

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Wärmebildkameras und -systeme

Zündende Idee

Über 30 Prozent aller Industriebrände führen zu Sachschäden. Dennoch verzichten viele Unternehmen auf geeignete, präventive Sicherheitsmaßnahmen. Mit Wärmebildkameras ausgestattete Brandfrüherkennungssysteme, die Gefahrensituationen rechtzeitig erkennen und automatisiert Gegenmaßnahmen einleiten, schützen sowohl Material als auch Mensch.

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Kamera-Kombinationen im Perimeterschutz

Paradigmenwechsel am Zaun

Wenn es um die Außenhautabsicherung und den Perimeterschutz sensibler Anlagen geht, kommen meist Wärmebildkameras zum Einsatz. Sie liefern eine hohe Detektionsrate unbefugter Eindringlinge – aber leider keine visuelle Verifikation der Alarme. Durch die Kombination von Thermalkameras und Multifocal-Sensortechnologie ergeben sich nun neue Möglichkeiten für die Analyse, Objektverfolgung und Erkennung von Personen am Perimeter.