Verschlusslose thermische Infrarot-Sensorarraysysteme mit kleiner Messunsicherheit

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Gerald Gerlach
• Subject Area: Measurement Systems
• Term: from 2012 to 2016
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 212029120

Thermische Infrarot-(IR)Sensorarrays besitzen wegen der nicht erforderlichen Kühlung, ihres geringen Energiebedarfs und der dadurch möglichen geringen Baugröße gegenüber Quantensensoren große Vorteile und finden deshalb eine rasant zunehmende Verbreitung, z. B. in der Pyrometrie und in IR-Wärmebildgeräten. Ungekühlte Wärmebildgeräte verwenden in der Regel Mikrobolometerarrays als IR-Sensorarray. Um auch ohne aufwändige Maßnahmen zur Temperaturstabilisierung akzeptable Messunsicherheiten zu erreichen, wird der optische Kanal zyklisch verschlossen (Verschluss = Shutter) und eine Selbstkalibration durchgeführt. Das Shuttern erhöht jedoch den Energieverbrauch, steigert erheblich Größe und Preis solcher Sensorarraysysteme, erhöht die mechanische Störanfälligkeit und unterbricht den Messprozess.Das hier beschriebene Vorhaben widmet sich IR-Wärmebildkameras auf Bolometerbasis, die ohne Verschluss auskommen und trotzdem eine kleine Messunsicherheit aufweisen sollen. Dazu wird ein thermisches Modell des Systems Sensorarray/Sensorgehäuse/optischer Kanal entwickelt, das die Eigenstrahlung und optische Ungleichförmigkeitseffekte mit berücksichtigt, und das es erlaubt, räumliche und zeitliche Temperaturgradienten des Systems, die die Messunsicherheit bisher dominieren, einzubeziehen. Mit diesem Modell soll eine Online-Selbstkalibration ohne Shutter möglich sein. Die Funktionsweise der Korrektur soll experimentell evaluiert werden. Gegenwärtig betragen die radiometrischen Messunsicherheiten ±1 K oder mehr. Ziel ist die Reduktion der radiometrischen Messunsicherheiten auf wenige 0,1 K, so dass IR-Bolometerarrays auch für die messende Wärmebildtechnik verwendbar würden.

• DFG Programme: Research Grants