Calibração dos termovisores Flir
1. Introdução
A calibração de uma câmara térmica é um pré-requisito para a medição da temperatura. A calibração fornece a relação entre o sinal de entrada e a quantidade física que o utilizador pretende medir. No entanto, apesar da sua ampla e frequente utilização, o termo "calibração" é muitas vezes interpretado erroneamente e mal utilizado. As diferenças locais e nacionais, bem como problemas relacionados com a tradução, criam ainda mais confusão.
Uma terminologia pouco clara pode criar dificuldades na comunicação e traduções incorretas, e subsequentemente, medições incorretas devido a mal-entendidos e, no pior dos casos, inclusive processos judiciais.
2 Definição – O que é a calibração?
O Gabinete Internacional de Pesos e Medidas (BIPM) 7 define calibração 8 da seguinte forma:
an operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to establish a relation for obtaining a measurement result from an indication.
A calibração pode ser expressa em diferentes formatos: uma declaração, uma função de calibração, um diagrama de calibração 9 , uma curva de calibração 10 ou uma tabela de calibração.
Frequentemente, apenas o primeiro passo na definição acima é entendido e utilizado como sendo a "calibração". No entanto, isto nem sempre é suficiente.
Ao considerar o procedimento de calibração de uma câmara térmica, o primeiro passo estabelece a relação entre a radiação emitida (o valor da quantidade) e o sinal elétrico de saída (a indicação). Este primeiro passo do procedimento de calibração consiste em obter uma resposta homogénea (ou uniforme) quando a câmara é colocada em frente de uma fonte de radiação extensa.
Como sabemos a temperatura da fonte de referência que emite a radiação, no segundo passo, o sinal de saída obtido (a indicação) pode ser relacionado com a temperatura da fonte de referência (resultado da medição). O segundo passo inclui o desvio de medição e a compensação.
Para ser correto, a calibração de uma câmara térmica não é expressa através da temperatura. As câmaras térmicas são sensíveis a radiações de infravermelhos: por isso, primeiro obtém-se uma correspondência de radiância e, em seguida, uma relação entre a radiância e a temperatura. Para câmaras de bolómetro utilizadas por clientes que não sejam de I&D, a radiância não é expressa: apenas é indicada a temperatura.
3 Calibração de câmaras na FLIR Systems
Sem calibração, uma câmara de infravermelhos não poderia medir a radiância nem a temperatura. Na FLIR Systems , a calibração de câmaras de microbolómetro não refrigerado com capacidade de medição é realizada durante o fabrico e manutenção. As câmaras refrigeradas com detetores de fotões são frequentemente calibradas pelo utilizador com um software especial. Teoricamente, com este tipo de software, as câmaras térmicas portáteis não refrigeradas comuns também podem ser calibradas pelos utilizadores. No entanto, como este software não é adequado para criação de relatórios, a maioria dos utilizadores não o possui. Os dispositivos que não incluem medição e são utilizados apenas para imagem não necessitam de calibração da temperatura. Às vezes, isto é também é refletido na terminologia de câmaras quando se refere a câmaras de infravermelhos ou de imagens térmicas em comparação com as câmaras termográficas, em que estas são os dispositivos de medição.
As informações de calibração, quer a calibração seja efetuada pela FLIR Systems ou pelo utilizador, são armazenadas em curvas de calibração expressas por funções matemáticas. À medida que ocorrem alterações da intensidade de radiação devido a alterações da temperatura e da distância entre o objeto e a câmara, são geradas curvas diferentes para os diferentes intervalos de temperatura e lentes intercambiáveis.
4 Diferenças entre uma calibração efetuada pelo utilizador e uma calibração diretamente na FLIR Systems
Em primeiro lugar, as fontes de referência utilizadas pela FLIR Systems são também calibradas e rastreáveis. Isto significa que em cada local da FLIR Systems onde se efetue a calibração, as fontes são controladas por uma autoridade nacional independente. Este controlo é confirmado pelo certificado de calibração da câmara. Este certificado comprova que a calibração foi efetuada pela FLIR Systems e que foram utilizadas referências calibradas. Alguns utilizadores possuem ou têm acesso a fontes de referências acreditadas, mas são uma pequena minoria.
Em segundo lugar, existe uma diferença técnica. Quando a calibração é efetuada pelo utilizador, frequentemente (mas nem sempre) o resultado não compensa o desvio. Isto significa que os valores não têm em conta uma possível alteração da saída da câmara quando a temperatura interna da câmara varia. Isto aumenta o nível incerteza. A compensação de desvio utiliza dados obtidos em câmaras de temperatura controlada. Todas as câmaras da FLIR Systems possuem compensação de desvio quando são entregues ao cliente e quando são calibradas novamente pelo departamento de manutenção da FLIR Systems .
5 Calibração, verificação e ajuste
Um equívoco comum é confundir calibração com verificação ou ajuste. Na verdade, a calibração é um pré-requisito para a verificação, que confirma que os requisitos especificados são cumpridos. A verificação fornece uma evidência objetiva de que um determinado item cumpre os requisitos especificados. Para obter a verificação, são medidas temperaturas definidas (radiação emitida) de fontes de referência calibradas e rastreáveis. Os resultados da medição, incluindo o desvio, são anotados numa tabela. O certificado de verificação declara que estes resultados de medição cumprem os requisitos especificados. Por vezes, as empresas ou organizações oferecem e comercializam este certificado de verificação como um "certificado de calibração".
Uma verificação adequada e, por extensão, uma calibração e/ou recalibração, apenas pode ser obtida quando é cumprido um protocolo validado. O processo implica muito mais do que colocar a câmara em frente de corpos negros e verificar se a saída da câmara (como a temperatura, por exemplo) corresponde à tabela de calibração original. Muitas vezes, não se tem que uma câmara não é sensível à temperatura, mas à radiação. Além disso, uma câmara é um sistema de imagens e não apenas um único sensor. Deste modo, se a configuração ótica que permite que a câmara "recolha" a radiância for fraca ou estiver desalinhada, a "verificação" (ou a calibração ou recalibração) é inútil.
Por exemplo, é necessário garantir que a distância entre o corpo negro e a câmara, e também o diâmetro da cavidade do corpo negro são selecionados de modo a reduzir a dispersão da radiação e o efeito do tamanho da fonte.
Resumindo: um protocolo validado deve respeitar as leis da física da radiância e não apenas as da temperatura.
A calibração é também um pré-requisito para o ajuste, que é o conjunto de operações efetuadas num sistema de medição de modo a que o sistema forneça as indicações prescritas correspondentes aos valores das quantidades para medição, geralmente obtidos a partir dos padrões de medição. De um modo mais simples, o ajuste é uma manipulação que resulta em instrumentos que efetuam uma medição correta dentro das suas especificações. Em linguagem corrente, o termo "calibração" é amplamente utilizado em vez de "ajuste" para dispositivos de medição.
6 Correção de não uniformidade
Quando a câmara térmica apresenta "A calibrar…" significa que está a ajustar para o desvio como resposta a cada elemento individual do detetor (píxel). Em termografia, esta ação designa-se "correção de não uniformidade" (NUC). É uma atualização do desvio e o ganho permanece inalterado.
A norma europeia EN 16714-3, Non-destructive Testing—Thermographic Testing—Part 3: Terms and Definitions, define "correção de não uniformidade" (NUC) como "Correção de imagem efetuada pelo software da câmara para compensar as diferentes sensibilidades dos elementos do detetor e outras perturbações óticas e geométricas".
Durante a NUC (a atualização do desvio), é colocado um obturador (sinalizador interno) na trajetória ótica e todos os elementos do detetor são expostos à mesma quantidade de radiação emitida pelo obturador. Deste modo, numa situação ideal, todos os elementos devem apresentar o mesmo sinal de saída. No entanto, cada elemento individual tem a sua própria resposta, por isso, a saída não é uniforme. Este desvio do resultado ideal é calculado e utilizado para efetuar matematicamente uma correção de imagem, ou seja, uma correção do sinal de radiação apresentado. Algumas câmaras não têm um sinalizador interno. Neste caso, a atualização do desvio deve ser efetuada manualmente utilizando um software especial e uma fonte de radiação uniforme externa.
Uma NUC é realizada, por exemplo, no arranque, ao alterar um intervalo de medição ou quando a temperatura ambiente muda. Algumas câmaras também permitem que o utilizador ative a correção manualmente. Esta opção é útil quando tiver de efetuar uma medição crítica com o mínimo de perturbação possível da imagem.
7 Ajuste da imagem térmica (ajuste térmico)
Algumas pessoas utilizam o termo "calibração da imagem" quando ajustam o contraste térmico e o brilho da imagem para realçar detalhes específicos. Durante esta operação, o intervalo de temperatura é definido de tal forma que todas as cores disponíveis são utilizadas para mostrar apenas (ou principalmente) as temperaturas na região de interesse. O termo correto para esta manipulação é "ajuste da imagem térmica" ou "ajuste térmico", ou, em alguns idiomas, "otimização de imagem térmica". Para efetuar esta operação, deve estar no modo manual, caso contrário, a câmara definirá automaticamente os limites inferior e superior do intervalo de temperatura apresentados para as temperaturas mais frias e mais quentes na cena.
Informação extraída dos manuais Flir em fevereiro de 2021 (faça contato conosco se desejar saber se por ventura há algo mais atualizado)
Como o NEDT é medido?
Como o NEDT é medido?
NEDT (noise equivalent differential temperature que traduzindo significa temperatura diferencial equivalente ao ruído) é o fator chave usado para qualificar as câmeras infravermelhas de ondas médias (MWIR) e ondas longas (LWIR). É uma amostragem do sinal-ruído que representa a diferença de temperatura da qual seria equivalente ao ruído temporal da câmera. Portanto, a diferença de temperatura mínima aproximada que a câmera pode detectar. É calculado dividindo o ruído temporal pela resposta a cada grau (resposta de ganho) e geralmente é expresso em unidades de miliKelvin. O valor estará uma função do f/number da câmera, tempo de integração e da temperatura na qual a medição é feita.
Para realizar a medição se requer um corpo negro de área de boa qualidade (estável). Este corpo negro é configurado para 25 graus Celsius. A câmera é colocada o mais próximo possível (2 a 5 cm). Para uma câmera de Onda Média, o tempo de integração é definido para que o detector da FPA (focal plane array) da câmera esteja aproximadamente ao meio do alcance dinâmico. Nenhuma lente é usada para a medição dde câmeras de Onda Média. Para uma câmera de Onda Longa com microbolômetro não-refrigerado, o tempo de integração é definido como máximo. A lente padrão de 25 mm é usada para este tipo de câmera.
Uma correção de não-uniformidade (NUC) é feita para obtenção de uma imagem uniforme, então três pontos diferentes de temperatura são medidos através da saída digital da câmera.
Para o primeiro ponto, ajuste a temperatura do corpo negro para 20 ° C e colete a sequênica de 64 quadros de imagem radiométrica. Pegue a média da medição desses quadros para cada pixel, obtendo assim uma nova matriz que represente a resposta a 20 ° C. As unidades desta medida são números sem unidade do A / D.
Para o segundo ponto, ajuste a temperatura do corpo negro para 25 ° C. Coletar 128 quadros, tirar o desvio padrão dos valores de cada pixel nos 128 quadros e colocar esses desvios padrão em uma matriz que representa o ruído temporal. As unidades desta medida são números sem unidade do A / D.
Para o terceiro ponto, configure o corpo negro para 30 ° C e, como foi feito para o primeiro conjunto de dados, colete 64 quadros de imagem radiométrica. Pegue a média desses quadros para cada pixel para obter uma nova matriz que represente a resposta a 30 ° C. Lembrando que as unidades desta medida são números sem unidade do A / D.
Subtraindo a matriz de resposta de 20 ° C da matriz de resposta de 30 ° C e depois dividindo por 10 obtem-se uma matriz de resposta do detector com unidades de contagens por grau. Dividir a matriz de ruído temporal pela matriz de resposta do detector vai gerar uma matriz NEDT em Kelvin. Tirar a média de todos os pixels nesta matriz (eliminando pixels ruins) e multiplicar por 1000 resultará no dado conhecido em miliKelvins.
Duas imagens, feitas com termovisores com diferentes NEDT. A maior capacidade de exibir detalhes da imagem à direita deve-se a maior sensibilidade térmica (NEDT)
Para os dados NEDT de um modelo de câmera específico, acesse: www.vortex.com.br ou faça contato conosco.
Emissividade é nome que se da a capacidade de um objeto emitir radiação eletromagnética (no nosso caso, energia infravermelha), em uma dada temperatura e em um dado comprimento de onda, quando o comparamos com o chamado "corpo negro", para a mesma temperatura e comprimento de onda. Nesta página aqui de nosso site você encontrará alguns valores de emissividade para materiais metálicos e não metálicos.
Você encontrará vários instrumentos de medidas elétricas em nossa empresa e alguns são True RMS e outros não. Qual você deveria utilizar? Nesta Nota de Aplicação você entenderá um pouco mais do assunto para poder decidir-se melhor.
O teste de resistência de isolação talvez seja um dos mais executados nas indústrias por conta da enorme quantidades de motores elétricos ali instalados. Pela sua importância e frequência de uso, o seu perfeito entendimento é muito importante. Este texto ajuda na compreensão do assunto.
