Hőkamerák a biztonságtechnikában 1. – A történet

A hőkamerák biztonságtechnikai alkalmazásait bemutató cikksorozatunk első részében a hőkamerák történetét mutatjuk be. A kezdeti fejlesztések igénye – mint sok más esetben –, itt is katonai oldalról merült föl.

 

Elődeink már évezredek óta alkalmazzák, akárcsak mi is napjainkban: hideg időben a tűz körül vagy a kandalló mellett ülve a tenyerünkkel próbáljuk felfogni a tűzből áradó meleget. Tenyerünkkel meg tudjuk találni azt a pontot, ahol a hőáramlás számunkra a legkedvezőbb. Mi is csinálunk valójában? Nem mást, mint tenyerünket szenzorként felhasználva a számunkra legkomfortosabb felületet keressük meg. Ezt a fizikai jelenséget felhasználva napjainkban a tudomány már egészen elképesztő eredményekkel képes szolgálni talán ma még nem a hétköznapi biztonságtechnika világában, de már kiemelkedő biztonsági kockázatú létesítmények biztonsági rendszerei kiépítésben.

Miért kell a hőkmera?
A kezdeti fejlesztések igénye – mint sok más esetben –, itt is katonai oldalról merült föl:

  • látni kell sötétben, bármiféle megvilágítás nélkül, és
  • látni füstös, rossz látási viszonyokkal rendelkező csatatereken.

Maga a „bolométer elv” már sok-sok éve ismert:

  • tárgyak, élőlények elektromágneses sugárzásának mérése azok hősugárzása felhasználásával, a hőmérsékletfüggő elektromos ellenállás segítségével.

E teória kidolgozásban Samuel Pierpont Langley (1878) járt az élen, majd százéves szünet következett, amíg az elektronika olyan szintre fejlődött, hogy a szenzorok által biztosított elektromos jeleket gyorsan fel tudjuk dolgozni.

A fejlesztés mérföldkövei

  • 1960-as évek – az első detektor Texas Instruments, Hughes Aircraft, Honeywell
  • 1980-as évek – az USA kormányzati programja a nem hűtött detektor fejlesztésére
  • 1991 – az Öböl Háború miatt megnőtt a termelés nagysága, így csökkentek az árak
  • 1994 – Honeywell mikrobolométerre vonatkozó találmánya, más gyártók a licensz alapján fejlesztésekbe kezdtek (Boeing, Lockheed Martin később British Aerospace)
  • 1998 – Bullard bevezeti az első detektort a tűzoltóságon

Miről is beszélünk?
Mielőtt részletesen beszélnénk a hőkamerák működésének fizikai alapjairól tudnunk kell, pontosan miről is beszélünk egyáltalán. Itt nem a vadászatokon oly divatos „éjjel látó” berendezés működését szeretném taglalni, amely a látható fénytartományhoz igen közel lévő, már az infra tartományba eső elektromágneses sugárzást használja fel a látás javítására, infrafényvető, -szűrő és -erősítő segítségével. Ugyanis ebben az esetben nem a „céltárgyak” hősugárzását érzékelik, hanem a róluk visszaverődő infra tartományú fényt.
A hőkamera számára fontos tartomány a 1 µm-es hullámhosszúságnál kezdődik és 1 mm hullámhossznál fejeződik be. A biztonságtechnikai alkalmazások esetében a leggyakoribb a 8-12 µm-es Long Wave Infrared (LWIR – hosszú hullámú infravörös sugárzás) tartományban működő kamerák használata. A katonai alkalmazások különlegesek, így a leghosszabb sávban is találunk kamerákat (ábra).

 
Elektromágneses sugárzás tartományai (ábra)

A hősugárzás tartományait különböző sávokba sorolhatjuk az alábbiak szerint:

  • Short Wave Infrared (SWIR), 1μm–3 μm
  • Mid Wave Infrared (MWIR), 3 μm–5 μm
  • Long Wave Infrared (LWIR), 8 μm–12 μm
  • Very Long Wave Infrared (VLWIR), 12 μm–25 μm
  • Far Wave Infrared (FWIR), 25 μm–1 mm

(Megjegyzés: IR-sugárzás frekvenciája: f > 300 GHz »(1 mm) 300 GHz–(2,5µm) 120 THz)«

Horváth Tamás, okleveles biztonságtechnikai mérnök, szakértő, Magyar Villamos Művek
Dr. Kovács Tibor, egyetemi docens, PhD/CSc

 

Következő részek:

Hőkamerák a biztonságtechnikában 2. – Az érzékelő, a bolométer

Hőkamerák a biztonságtechnikában 3. – Detektorok

Hőkamerák a biztonságtechnikában 4. – Az optikák

Hőkamerák a biztonságtechnikában 5. – Gyakorlati alkalmazások

 

English
Possible Application Of Thermal Cameras With Regard To Security Engineering

Even professionals of security technology do not meet thermal cameras frequently during their work experience because their usage, not least their cost restrict them for industrial and military use. The human eye is capable of seeing only a very small part of the electro-magnetic spectrum. We are not able to pick up either the UV or IR ranges. High-tech equipment is required for that purpose. Security professionals discover more and more areas for the use of thermal images. It is worth focusing on thermal cameras and their potentials in more detail and settling for the fact that lenses now may be made of metal…

 

Felhasznált irodalom

  • http://www.xenics.com/documents/20090714_LR_Meerkat_security_A4.pdf
  • http://www.marchnetworks.com
  • W. Radford; R. Wyles; J. Varesi; M. Ray; D. Murphy; :Sensitivity Improvements in Uncooled Microbolometer FPAS
  • Peter Kornic: Selecting lenses, Janos Technlogy Inc.: http://www.janostech.com/thermal_image_lenses/index.html
  • ICU (Infrared Imaging Components for Use in Automotive Safety Applications): www.icu-eu.com
  • http://www.lumitron-ir.com/application_security.php
  • http://www.opgal.com/
  • http://www2.l-3com.com/irp/products/security.htm
  • www.flir.com
  • Matyi Gábor: Nanoantenna-mom dióda szenzorok elektrodinamikája 2007 (doktori disszertáció)

Hozzászólások

Vélemény, hozzászólás?