Glossar Infrarottechnik |
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Als absoluten Nullpunkt bezeichnet man die Temperatur, bei der ein Körper keine Energie in Form elektromagnetischer Strahlung mehr abgibt. Sie beträgt -273,15 °C. Kein Körper kann Temperaturen unter diesem Wert annehmen. Der absolute Nullpunkt ist der Beginn der Temperaturskala nach Kelvin [K], also 0 K.
Der Absorptionsgrad ist das Vermögen eines Körpers, Strahlung aufzunehmen - zu absorbieren. Er wird angegeben als Prozentsatz: Der Absorptionsgrad ist der Anteil der auftreffenden Strahlung, der absorbiert wird.
Es ist zwar anschaulich schwer nachvollziehbar, aber der Absorptionsgrad und der Emissionsgrad sind nach dem Kirchhoff'schen Strahlungsgesetz immer identisch. Diese Erkenntnis ist in der Infrarottechnik deshalb von großer Bedeutung, weil sich der Absorptionsgrad wesentlich einfacher messen lässt.
Die Summe aus Absorptionsgrad - oder Emissionsgrad -, Reflexionsgrad und Transmission eines Körpers ist immer 100% (Energieerhaltungssatz).
Absorptionsgrad, Emissionsgrad, Reflexionsgrad und Transmission sind im allgemeinen Fall spektrale Größen.
Siehe: IR-Strahlung von Gasen
Siehe: Focal Plane Array
Siehe: Instantanious Field of View
Bestrahlungsstärke ist die Strahlungsleistung, die auf einen Sensor, auftrifft. Sie wird angegeben als Leistung pro Raumwinkel in Watt pro Sterradiant [W/sr]. Bei gleicher Bestrahlungsstärke empfängt ein Sensor mit größerem Sehfeld also mehr Strahlungsleistung.
Die Bestrahlungsstärke sinkt mit steigender Entfernung zwischen Strahler und Sensor. Ferner wird sie durch die atmosphärische Übertragungsstrecke in Abhängigkeit der Transmission reduziert.
Der Unterschied zwischen Strahlstärke und Bestrahlungsstärke ist also, dass sich das erste auf den Sender und das zweite auf den Empfänger bezieht.
siehe auch Abschnitt Physikalische Größen!
siehe: IR-Strahlung von Gasen
Englische Abkürzung für Cadmium Mercury Tellurid (Kadmium Quecksilber Tellurid), auch MCT oder CdHgTe. Ein Detektormaterial, das je nach Mischungsverhältnis zum Nachweis von IR-Strahlung im MIR oder im FIR geeignet ist.
Abkürzung für Circular Variable Filter. Dabei handelt es sich um eine Filterscheibe, deren Durchlassbereich sich entlang einer Kreisbahn auf dieser Scheibe verändert. Durch Drehung der Scheibe in einem Strahlengang lässt sich also der durchgelassene Spektralbereich variieren.
Solche Filter kommen in Spektralradiometern wie dem SR 5000 zum Einsatz.
Abkürzung für EMission CONtrol (gesteuerte Abstrahlung), eine Schiffs-Betriebsart, bei der der Einsatz der aktiven Sensoren und Geräte auf ein Minimum reduziert bzw unterbunden wird, um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, mit Hilfe passiver Sensoren - also ohne es selbst zu merken - entdeckt zu werden.
auch: Emissivität
Jeder Körper, der eine Temperatur über dem absoluten Nullpunkt hat, strahlt elektromagnetische Wellen ab. In welchem Maß er das tut, wird durch den Emissionsgrad bestimmt. Man verwendet den Schwarzen Körper als Referenz: Das Verhältnis der von einem Körper bestimmter Temperatur abgegebenen Strahlung zu der von einem Schwarzen Körper der selben Temperatur abgegebenen Strahlung ist der Emissionsgrad.
Es ist zwar anschaulich schwer nachvollziehbar, aber der Absorptionsgrad und der Emissionsgrad sind nach dem Kirchhoff'schen Strahlungsgesetz immer identisch. Diese Erkenntnis ist in der Infrarottechnik deshalb von großer Bedeutung, weil sich der Absorptionsgrad wesentlich einfacher messen lässt.
Die Summe aus Emissionsgrad - oder Absorptionsgrad -, Reflexionsgrad und Transmission eines Körpers ist immer 100%.
Absorptionsgrad, Emissionsgrad, Reflexionsgrad und Transmission sind im allgemeinen Fall spektrale Größen.
Der Emissionsgrad einer typischen grauen Marinefarbe beträgt oberhalb von 3 µm ca. 95%. Zu kleineren Wellenlängen hin nimmt er ab, was zu unerwünschten Eigenschaften hinsichtlich Sonnenreflexionen führt!
Beachten Sie: Obwohl der Reflexionsgrad in der Regel sehr viel kleiner als der Emissionsgrad ist, kann die reflektierte Strahlung zum Beispiel im Fall von Sonnenreflexen sehr viel größer sein als die Eigenstrahlung des Körpers!
Die Ursache hierfür liegt darin, dass die beiden Größen Anteile unterschiedlicher Strahlungen beziffern: Der Emissionsgrad sagt aus, wieviel Prozent der maximal möglichen Eigenstrahlung ein Körper abgibt, der Reflexionsgrad hingegen bezieht sich auf die von außen auf den Körper auftreffende Strahlung!
auch: Sehfeld
siehe Kapitel Spektrum!
Moderne Sensoren bestehen nicht mehr nur aus einem Detektor sondern aus einem ganzen Feld (Array) von Detektoren. Ähnlich dem Prinzip einer Videokamera mit CCD-Sensor (CCD = Charge Coupled Device) wird das Bild auf das sich in der Brennebene (Focal Plane) befindliche Array abgebildet und so gleichzeitig die Bestrahlungsstärke für jeden Bildpunkt gemessen.
Neueste Varianten dieser Sensoren kombinieren sogar Detektoren für die verschiedenen Spektralbereich in ein Array! Man bezeichnet solche Systeme auch als zweifarbig.
Bezüglich der Anzahl Bildpunkte, die ein solches Array umfassen kann, hat man inzwischen bei einfarbigen Laborsystemen die VGA-Norm (640x480) überholt.
Als Grauen Strahler bezeichnet man einen Körper, dessen Emissionsgrad zwar nicht wie beim Schwarzen Strahler 100% beträgt, der aber über der Wellenlänge bzw. dem interessierenden Wellenlängenbereich konstant ist.
Der Begriff Hot Spot ist der bildhaften amerikanischen Sprache entliehen. Gemeint sind damit besonders auffällige, weil besonders heisse Stellen in einem Wärmebild.
Da Hot Spots wesentlich leichter zu detektieren und vor allen Dingen leichter von Umweltstrahlung zu unterscheiden sind als zum Beispiel eine Schiffskontur, sind sie bevorzugtes Zielkriterium für Zielsuchköpfe älterer, aber immer noch weit verbreiteter Bauart.
Der markanteste Hot Spot eines Schiffes im Spektralbereich MIR ist eine ungekühlte Abgaswolke. In beiden Spektralbereichen wirken Schornsteinrand, sonnenbeschienene Schiffsteile, Maschinenraum, gerade abgestellte Hubschrauber oder Brückenfenster (wegen der Scheibenheizung) als Hot Spots.
Zur Vermeidung von Hot Spots siehe Kapitel Signaturoptimierung!
Chemisches Kurzzeichen für Indium-Antimonid, ein Detektormaterial zum Nachweis von IR-Strahlung im MIR.
=geometrische Auflösung
Dieser Parameter eines Wärmebildgerätes beschreibt, welchen Raumwinkel ein einzelner Bildpunkt eines Wärmebildes abdeckt.
IR-Detektoren von Wärmebildgeräten und Zielsuchköpfen müssen gegen Umwelteinflüsse geschützt werden. In Anlehnung an die Radartechnik nennt man die Abdeckungen, die dafür benutzt werden IR-Dom.
Um die Funktion des Sensors nicht zu behindern, muss der IR-Dom bstimmte Eigenschaften haben: Vor allem muss er im relevanten Spektralbereich durchsichtig sein, also einen hohen Transmissionsgrad haben. Unter diesem Aspekt ist Kochsalz das ideale Material für einen IR-Dom, denn es hat über einen sehr großen Wellenlängenbereich einen sehr großen Transmissionsgrad. Dies führt zur zweiten wesentlichen Eigenschaft, die Kochsalz leider nicht erfüllt: Um vor Umwelteinflüssen schützen zu können, muss der IR-Dom selbst gegen diese Einflüsse beständig sein.
Ein Material, das alle Forderungen erfüllt, ist zum Beispiel Gallium-Arsenid.
Ein Sensor hat im Allgemeinen eine Eingangs- und eine Ausgangsgröße, die über eine bestimmte Gesetzmäßigkeit zusammenhängen. Am liebsten hat man natürlich einen linearen Zusammenhang!
Als Beispiel soll hier eine Federwaage dienen: Eingangsgröße ist eine Masse m, die bestimmt werden soll, Ausgangsgröße ist der Auslenkungsgrad l der Feder. Der Zusammenhang ist - zumindest solange man sich mit der Masse im elastischen Bereich der Feder befindet -
m = C x l
Kalibrieren bedeutet nun, den Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße zu bestimmen, in unserem Beispiel die Federkonstante C.
Im Falle von Infrarotdetektoren ist der Zusammenhang zwischen Bestrahlungsstärke und ausgegebenem Messwert schwieriger und vor allem wellenlängenabhängig! (siehe Beispielkurven der AGEMA-Detektoren)
Man verwendet zum Kalibrieren von IR-Messgeräten Schwarze Strahler. Zu beachten ist dabei der Einfluss der Transmission auf der Strecke zwischen Schwarzem Strahler und Messgerät.
Siehe: Festkörperstrahlung
Feste Körper besitzen in der Regel ein kontinuierliches Spektrum, d.h. sie sind Graue Strahler.
Im Gegensatz dazu haben Gase ein Spektrum, das von Spektrallinien geprägt ist, das heisst sie strahlen bei ganz bestimmten Wellenlängen.
Die Wellenlänge, bei der diese Linien (Strahlungsmaxima) auftreten, sind unabhängig von der Temperatur sondern ein Charakteristikum der Gaszusammensetzung!
Man verwendet dieses Phänomen auch zur Bestimmung der Zusammensetzung von Gasen in sogenannten Spektrometern.
Siehe auch Kapitel IR-Strahlung von Gasen!
siehe CMT!
siehe Kapitel Spektrum!
Englisch für Minimum Resolvable Temperature Difference
Kleinste von einem Wärmebildgerät auflösbare Temperaturdifferenz eines Balkenmusters.
Dient der Bestimmung nominaler Reichweiten im Thermischen Reichweitenmodell TRM3.
siehe Kapitel Spektrum!
Chemisches Kurzzeichen für Blei-Schwefel-Verbindung, Detektormaterial zum Nachweis von IR-Strahlung im MIR.
Digitale Bilder werden als ein Raster von Bildpunkten wiedergegeben; am Computer wird der Bildschirminhalt häufig mit 800 x 600 Bildpunkten dargestellt. Diese Bildpunkte heißen Pixel; jedem von ihnen ist ein Farb- oder Graustufenwert zugeordnet, was in der Gesamtansicht den Bildeindruck ergibt.
siehe: IR-Strahlung von Gasen
Der Reflexionsgrad bezeichnet den Anteil von außen auf einen Körper auftreffender Strahlung, der weder durchgelassen noch absorbiert sondern reflektiert wird.
Nähere Erläuterungen dazu finden sich unter Emissionsgrad!
Reticle bedeutet ursprünglich "Fadenkreuz".
In der Suchkopftechnologie ist mit dem Reticle-Prinzip die schon seit langem gebräuchliche Methode der Zielfindung gemeint, bei der das Signal eines punktförmigen Zieles durch eine rotierende unterschiedlich durchlässige Scheibe so moduliert wird, dass entweder aus der Frequenz- oder aus der Amplituden- oder aus der Phasenmodulation des resultierenden Signals auf die Ablage des Ziels geschlossen werden kann.
Wie die Modulation erfolgt, hängt dabei vom Muster der durchlässigen und nicht durchlässigen Bereiche der Reticle-Scheibe ab. Frequenzmodulierte Systeme sind in der Regel störsicherer als amplitudenmodulierte.
Im Abschnitt Exkurs zum Reticle Prinzip gibt es detailliertere Erläuterungen!
auch: Schwarzer Strahler, Black Body (BB)
Der Schwarze Körper ist ein physikalisches Modell: Man stellt sich einen Körper vor, der sämtliche auf ihn auftreffende Strahlung absorbiert. Sein Absorptionsgrad ist also 100%. Dies ist gleichbedeutend damit, dass der Schwarze Körper nichts reflektiert - sein Reflexionsgrad ist Null. Ebenso ist der Schwarze Körper derjenige Körper, der bei einer gegebenen Temperatur die stärkste Strahlung abgibt - mehr geht nicht! Sein Emissionsgrad ist also 100%.
Aufgrund dieser Eigenschaften eignet sich der Schwarze Körper sehr gut als Referenzmodell zum Beispiel für die Strahlungstemperatur.
Man stellt in der Tat Geräte her, die - zumindest im infraroten Spektralbereich - dem oben beschriebenen idealen Modell schon sehr nahe kommen. Es handelt sich dabei in der Regel um Hohlräume, die innen mit einer hoch absorbierenden Oberfläche versehen sind; eine im Verhältnis zum Volumen des Hohlraumes kleine Öffnung erfüllt dann die Kriterien des Schwarzen Strahlers.
Der Grund, warum eine solche Anordnung wie ein Schwarzer Körper wirkt, liegt darin, dass der geringe Teil des Strahlung, der an den inneren Flächen nicht absorbiert sondern reflektiert wird, bevor er aus der Öffnung austreten kann, mehrmals reflektiert und jeweils wieder um den Absorptionsgrad gemindert wird.
In der Regel sind solche Geräte beheizbar und besitzen eine sehr exakte Temperaturregelung; man verwendet sie dann zum Beispiel zum Kalibrieren von Spektralradiometern.
Übrigens wird auch das menschliche Ohr als Schwarzer Körper benutzt: Moderne Fieberthermometer messen die Körpertemperatur berühungslos radiometrisch im Ohr!
auch: Field of View
bezeichnet den Raumwinkel den ein Sensor von der Szenerie auf einmal erfasst. (In der Fotografie würde man anlog dazu von der Brennweite des Objektivs sprechen.)
Das Sehfeld beeinflusst die Bestrahlungsstärke, die ein Detektor empfängt. Um diese möglichst groß zu halten, möchte man in der Regel ein kleines Sehfeld. Andererseits möchte man aber auch möglichst die gesamte Szenerie, im Extremfall also den Halbraum, überblicken. Häufig behilft man sich deshalb mit Abtasten des interessierenden Raumsegments: Der Sensor selbst hat ein kleines Sehfeld, er ändert aber ständig nach einem vorgegebenen Muster die Blickrichtung.
Beides, sowohl das eigentliche Sehfeld des Sensors, als auch das abgetastete Raumsegment, werden häufig als Sehfeld bezeichnet; eine sorgfältige Unterscheidung dieser Größen ist aber je nach Fragestellung sehr wichtig!
siehe: IR-Strahlung von Gasen
Chemisches Kurzzeichen für Silizium, Detektormaterial zum Nachweis von IR-Strahlung im NIR.
Im hier gebrauchten Zusammenhang bedeutet spektral abhängig von der Wellenlänge.
Emissions-, Reflexions-, Transmissions- und Absorptionsgrad sind zum Beispiel spektrale Größen, das heisst sie sind Funktionen der Wellenlänge.
Die Funktion eines Spektralradiometers erklärt sich bereits aus dem Wort: Wellenlängenabhängiges (Spektral...) Strahlungs(radio)messgerät(meter).
Man kann mit einem Spektralradiometer also Strahlstärkeverteilungen über der Wellenlänge messen.
Näheres dazu im Kapitel über das Spektralradiometer SR5000.
Siehe Kapitel Physikalische Größen!
Siehe Kapitel Physikalische Größen!
auch: Äquivalente Schwarzkörpertemperatur
Siehe: IR-Strahlung von Gasen
Zustand eines Körpers, in dem sich die Temperatur nicht mehr ändert. Die vom Körper aufgenommene Strahlungs- oder Wärmeenergie ist gleich der vom Körper abgegebenen.
Das thermische Gleichgewicht ist eine wesentliche Annahme, die man bei der Simulation von Infrarotsignaturen trifft, um den Rechenprozess so weit zu vereinfachen, dass er mit heutigen Mitteln durchgeführt werden kann.
Siehe Kapitel Transmission!
Abkürzung für Thermisches Reichweitenmodell. Nähere Erläuterungen im Kapitel Reichweiten.
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