Warum ist das IFOV eine so wichtige Kenngröße ?


Neben der thermischen Empfindlichkeit und der Messgenauigkeit ist das IFOV als
charakteristische Geräteeigenschaft ein ganz entscheidendes Qualitätsmerkmal einer Infrarotkamera.

Die meisten, modernen IR-Kameras arbeiten heute mit sog. Detektorarrays.
Man kann sich ein Detektorarray vorstellen, wie eine Platte auf der viele
Detektoren - quadratischer oder auch rechteckiger Form- in Reihen
und Spalten angeordnet nebeneinander liegen.
Aus der auf diese Einzeldetektoren durch die Optik einfallenden, infraroten
Strahlung wird dann durch eine entsprechende Elektronik und
Software das Wärmebild zusammengesetzt.

Das IFOV - was in etwa "momentanes Blickfeld" bedeutet, ist nun ein Mass für die Größe der Teilfläche eines Objektes, welche von einem
einzelnen Detektor erfasst wird. Oder Umgekehrt, wie gross eine gedachte Fläche auf der Oberfläche des Messobjektes wäre, würde der
Umriss eines einzelnen Detektors auf diese projeziert.

Welche Bedeutung das in der Praxis hat, soll im folgenden einmal näher "beleuchtet" werden.
Das nachfolgende Bild zeigt Reihenklemmen in der Größe 4mm², wie sie in tausenden Verteilungen vorkommen.
So auch in Nieder- und Mittelschannungsschaltanlagen in welchen üblicherweise auch thermografische Messungen vorgenommen werden (sollten).

Die roten Quadrate A-D zeigen den - bei ca. 1m Abstand von der Reihenklemme - auf die Reihenklemme projezierten Detektorumriss,
also den idealen Meßfleck.

Dabei entspricht A einem IFOV von 0,47, B 0,68, C 1,3 und D 3,4 mrad.
D.h. genau die von dieser Fläche ausgehende Strahlung wird im idealen Fall vom Detektor erfasst. Ideal deshalb, weil diese Angaben
der Hersteller von den einfachen geometrischen Berechnungen (Strahlensatz etc.) ausgehen und störende Einwirkungen (Schmieren, Beugen)
der Optik etc. vernachlässigen. Die Kantenlänge des realen Meßfleckes is in etwa um den Faktor 3 größer und wird für die IVOV´s A-D jeweils durch
die grün markierte Fläche dargestellt. Die vom Detektor real erfasste Fläche ist damit ebenfalls in etwa 9 Mal grösser als die ideale.

Was heisst das nun in der Praxis ?
Die genaue Bestimmung der Temperatur des Messobjektes - in diesem Fall z.B. der Leitung - kann nur dann gelingen, wenn ausschliesslich die
von der Leitung aufgrund ihrer Oberflächentemperatur ausgehende Strahlung vom Detektor erfasst wird.
Sobald sogenannte "Hintergrundstrahlung" - also aus der Umgebung bzw. dem Hintergrund des Messobjektes erfasst wird beeinflusst diese
mit zunehmendem Anteil an der Messfleckgrösse das vom Detektor erzeugte Signal - und damit die daraus berechnete Temperatur.

Im obigen Bild ist gut erkennbar, das diese Anforderung mit zunehmendem IFOV immer weniger erfüllt wird.
Im Beispiel C  wird die Anforderung bei einem Meter Messabstand bereits deutlich verfehlt, bei Beispiel D noch um ein vielfaches mehr.
Eine genaue Messung der Temperatur ist hier - unabhängig von der Richtigkeit aller sonst zu beachtenden Störeinflüsse und Objektparameter -
nicht mehr möglich. Die Folge ist das falsche Temperaturen gemessen werden, die in aller Regel mehr oder weniger deutlich unter den tatsächlichen
liegen. Auch Anomalien die auf einen Fehler hindeuten sind z.T. nur erheblich schwerer oder gar nicht festzustellen.

Um ein Gefühl für die Größe der so entstehenden Meßabweichung zu bekommen, lässt sich diese mal mit realistischen Annahme berechnen.
Nehmen wir an, die Leitung hätte aufgrund eines erhöhten Übergangswiderstandes im Bereich der Klemmstelle eine Oberflächentemperatur
von +65 °C, die Klemmleiste (also der Hintergrund) + 25°C.
In den Fällen A und B des vorstehenden Bildes ist erkennbar das der Detektor nur die Leitung erfassen kann, und demnach die richtige Temperatur
ermittelt werden kann.
Im Fall C werden nur etwa 2/9 der Detektorfläche von der Leitung und 7/9 vom Hintergrund bestrahlt. D.h. vereinfacht das die daraus resultierende
Tempertatur etwa ((2 x 65 ) + (7 x 25))/9 = 34°C betragen würde und damit bereits um 31 K unter der tatsächlichen liegt.

Noch dramatischer wäre die Abweichung im Fall D. Schätzungsweise beträgt hier das Verhältnis 3/25.
Die daraus von der Kamera ermittelte Temperatur betrüge also nur noch ((3x 65) +( 22 x 25))= 30 °C.

Man läuft / misst an vielen Fehlern vorbei ohne sie tatsächlich zu erkennen und geht eventuell noch in der falschen Annahme aus der Anlage das
diese keine Fehler aufweist.