Schallquellen sichtbar machen

Bild 1: Vergleich Wärmebild und zwei mal visuelles Bild überlagert mit "akustischem" Foto - Leckage und Teilentladung.

Schallquellen sichtbar machen

Die visuelle Kamera („Fotoapparat“) arbeitet ähnlich wie das menschliche Auge. Die Bilder entsprechen weitgehend dem, was auch das menschliche Auge sieht. Die erfassten Bilder werden auf einem digitalen Medium gespeichert (bzw. früher auf Film aufgenommen). Wärmebildkameras (Thermografie-, IR-Kameras, Bild oben links) empfangen Infrarotstrahlung. Die von Oberflächen abgestrahlte, thermische Strahlung wird in der Kamera in sichtbares Licht umgewandelt und als Wärmebild der aufgenommenen Objekte wiedergegeben. Die Bilddarstellung bei der Wärmebildkamera erfolgt meist in Falschfarben (zum Beispiel Farben in Richtung Blau für weniger Wärmeabstrahlung, Rot-, Orange-, Gelb-, bis hin zu weiß für viel Wärmeabstrahlung). Moderne Wärmebildkameras können dieses Wärmebild mit einem foto-optischen Bild überlagern, so dass auch eventuell zusätzlich benötigte „fotografische“ Informationen und Details vorhanden sind.

Ein weiterer Kamera-Typ, der in der Technik eingesetzt wird, ist die Akustik- oder Schall-Kamera. Sie werden genutzt, um Schallquellen zu lokalisieren. Selbst in lauten Industrieumgebungen können damit zum Beispiel Lecks an Druckluft-/Gassystemen (Bild oben, Mitte) erkannt werden. Ein weiterer Einsatzbereich ist das Aufspüren von Teilentladungen in Hochspannungsanlagen (Bild oben rechts). Die Schallquelle wird dabei, ähnlich wie bei der Wärmebildkamera, farblich codiert als „akustisches Foto“ dargestellt, indem es einem visuellen Bild einer Digitalkamera überlagert wird. So kann die Schallquelle schnell und intuitiv lokalisiert werden. Ebenso wie bei visuellen und IR-Kameras ist das Verfahren bei Akustikkameras nicht nur für statische, sondern auch für bewegte Bildaufzeichnung/Video möglich.

Bild 2: Anordnung eines Arrays von MEMS-Mikrofonen (Fotric TD2-, H- und AcouTherm-Serie).

Technisch arbeiten die Akustikkameras mit einem Array von MEMS-Mikrofonen (je nach Ausführung und Auflösung über 160 Mikrophone) und dem Beamforming-Verfahren kombiniert mit speziellen Geräuschunterdrückungsalgorithmen. MEMS-Mikrofone (Micro Electro Mechanical System) sind heute vor allem in Consumer-Geräten, in Automobil- und Industrieanwendungen sowie in Medizinprodukten (Hörgeräte) weit verbreitet. Sie verbinden in einem ASIC-Chip einen akustischen Sensor und einen A/D-Wandler. Damit sind sie extrem kompakt, können direkt auf Leiterplatten eingesetzt und an Signalprozessoren angeschlossen werden. Die Mikrofone werden in Akustikkameras meistens auf einer ebenen Fläche angeordnet, oft pseudo-zufällig oder in einem Linien-, Ring- oder Spiral-Muster (Bild 2). Für die erfassten Schallsignale der einzelnen Mikrofone im Array ergibt sich eine Zeitverschiebung. Aus den Schall-Laufzeiten und der Schallgeschwindigkeit lassen sich Abstände berechnen. So kann das Mikrofonarray auf Messpunkte fokussieren. Dank Techniken wie komplexer digitaler Filterung kann die Genauigkeit noch erhöht werden.

Beim Kauf einer Akustik-Kamera sollte man zunächst beachten, für was sie eingesetzt werden soll: Leckage, Teilentladung oder beides. Es gibt Geräte, die beide oder nur einen der Anwendungsbereiche unterstützen. Wichtige für die Genauigkeit sind zudem die Anzahl der Mikrofone, der FOV-Wert (Field of View/Sichtfeld) der Kamera, die akustische Abtastrate, der Frequenzbereich sowie der Arbeitsabstand. Je nach Anwendung spielen weitere Ausstattungsmerkmale wie Schnittstellen, Speicherung und Analyse-Funktionen direkt in der Kamera eine Rolle.

Der Hersteller FOTRIC bietet zudem Kombigeräte an, die Thermografie-, Akustik- und visuelle Kamera vereinen - für die Fehlersuche "mit allen Sinnen".