열화상 카메라 측정

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4.2 열성능 측정 이론

4.2.2 열화상 카메라 측정

(4) 데이터 처리장치

검출기로부터 발생된 전기신호를 받아 온도 값과 열화상으로 표현되도록 처리하는 장치이다. 이 장치 안에는 복잡한 여러 수식이 프로그래밍 되어 있어 검출기에서 받은 신호를 처리하여 주는 것이다.

(5) 저장장치

위의 과정을 통해 만들어진 열화상은 세밀한 분석을 위해 메모리에 저장되는데 이것 이 저장장치이다.

열화상 카메라는 적외선을 감지하는 방식에 따라 양자형(quantum)과 열형(thermal)으 로 나뉜다. 반도체를 이용하는 것이 양자형 열화상 카메라이고, 반도체가 아닌 재료를 이용하는 것이 열형 열화상 카메라이다. 양자형 열화상 카메라는 광전효과를 이용한 다. 물체에서 방출된 적외선에 의해 센서의 재료인 반도체 전자들이 전도띠로 천이되 어 저항이나 전류가 변하는 현상을 통해 온도를 측정한다. 반응 속도와 민감도가 우수 한 장점이 있지만 동작 온도가 낮아 냉각장치를 통한 카메라의 냉각이 필요해 부피가 크고 가격이 비싸다는 단점이 있다.

열형 열화상 카메라는 냉각장치가 불필요하다. 따라서 실온에서 촬영이 가능하며, 물체에서 방출하는 열선을 감지해 열화상으로 출력해준다. 열형 열화상 카메라는 흡수 된 적외선 온도변화에 따라 센서의 저항이 바뀌게 되고, 바뀐 저항값을 소프트웨어에 서 온도값으로 변환시킨다. 또한, 냉각장치가 필요 없는 장점이 있지만 반응 속도와 민감도가 양자형에 비해 떨어지는 단점이 있다.

물체의 표면에서 카메라에 도착하는 단위시간당 복사 에너지()는 물체의 방출 에너지, 주변 환경에서 방출된 복사선이 물체에 반사된 에너지, 대기의 방출에너지가 합쳐진 것이다. 각각의 에너지를 식으로 나타내면 아래와 같이 나타낼 수 있다.

물체의 방출 에너지 =  (4.1)

주변에서 방출된 복사선이 물체 표면에서 반사된 에너지 =      (4.2)

대기의 방출 에너지 =    (4.3)

여기서 은 물체의 방사율, 는 대기의 투과율,   은 각각 물체, 주변 환경(반사 주변), 대기의 온도를 나타낸다. 따라서 정확한 온도 데이터를 얻기 위해서 는 매개변수인 방사율, 반사온도, 대기온도, 상대습도를 알아야 한다. 특히, 정확한 온도 측정을 위해서는 방사율을 제대로 설정하는 것이 중요하다. 방사율은 물체의 표 면이 흑체에 비하여 얼마나 효과적으로 에너지를 방사하는가를 나타내는 척도로 물체 의 종류와 표면의 상태에 크게 의존한다. 방사율 범위는  ≤  ≤  이다. 흑체는 입 사되는 모든 파장의 복사에너지를 흡수하는 이상적인 물체로 흑체의 방사율은 1이다.

방사율과 투과율을 식으로 나타내면 아래와 같이 나타낼 수 있다[27]. 여기서 는 물 체의 복사에너지량, 는 흑체의 복사에너지량 이다.

  

(4.4)

투과율 = 투과의 에너지/투사의 에너지 (4.5)

이 연구에서 사용한 열화상카메라 모델은 FLIR사의 C2이다. C2는 초소형 다기능 열 화상 카메라로 건물에 사용할 수 있도록 설계된 것이다(그림 4.13). 비파괴적인 방법 으로 건물의 에너지 손실, 구조적인 결함 등을 신속하고 정확하게 탐지할 수 있다.

Multi Spectral Dynamic Imaging(MSX)실시간 이미지 개선 기능, 높은 감도, 넓은 시야 각, 완전한 라디오 메트릭 이미지로 문제점을 즉시 찾아내고 수리 완료 상태를 확인할 수 있다. Field of View(FOV)으로 넓은 범위를 측정할 수 있다. 높은 온도 분해능과 적외선 분해능으로 건물 진단 시에 세세한 온도 차이를 정확하게 측정할 수 있다[28].

[그림 4.13] FLIR 사의 C2 열화상카메라

아래 표 4.2를 보면 C2 열화상카메라는 적외선 분해능이 80 × 60 으로 4800개 픽 셀이 온도를 측정하고 온도 분해능은 0.1℃로 세세한 온도 차이를 정확하게 측정할 수 있다. 또한, 41˚× 31˚의 시야각으로 넓은 범위 측정이 가능하다. 이미지 주파수는 9이고, 파장대역은 7.5~14이다. 3인치 크기의 디스플레이는 320 × 240 픽셀이 고 전면 컬러이다. 측정 대상 온도는 -10℃ ~ 150℃로 정확도는 25℃에서 ±2℃ 또는 지시치의 2% 중 높은 것을 사용한다. 방사율과 측정치 보정이 가능하고 4가지의 팔레 트 사용이 가능하다.

<표 4.2> FLIR C2 열화상 카메라 성능

구분 성능

적외선 분해능 80 × 60 (4800개 픽셀 온도 측정) 온도 분해능 0.1℃ 미만

시야각 41˚ × 31˚

이미지 주파수 9

파장대역 7.5 ~ 14

디스플레이 3인치(320 × 240 필셀), 컬러 이미지 보기 모드 열화상, 실화상, MSX 기능 측정 대상 온도 범위 -10℃ ~ 150℃

정확도 25℃ ± 2℃ 또는 지시치의 2% 중 높은 것 측정치 분석 방사율 보정, 측정치 보정

컬러 팔레트 흑백, 아이론, 레인보우, 레인보우 HC

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