JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.
 Annonsera Utgivningsplan Månadsmagasinet Prenumerera Konsultguide Om oss  About / Advertise
söndag 22 september 2019 VECKA 38

Nu kommer värmekamerorna

Glappande kontakter, överhettade komponenter, pyrande skogsbränder, fuktskador i badrummet, oljeläckage i motorn, dåligt isolerade väggar, febriga dagisbarn, inbrottslarm och som hjälpmedel för jägare. Det är några tänkbara användningsområden för den senaste generationens värmekameror som inte kostar mer än några tusenlappar.
 Utvecklingen av IR-sensorer följer samma mönster som CMOS-sensorerna men ligger åtminstone 20 år efter.

– När jag började på Flir år 2003 kostade den billigaste kameran 170 000 kronor. Nu kan du få en för 5 000 kronor och priset kommer att fortsätta gå ned, säger Rickard Lindvall som är vd på Flirs termografidivision i Täby.

Den senaste generationens kameror är så billiga att vanliga konsumenter börjat använda dem. Det här får genomslag i statistiken, i fjol växte marknaden med hela 30 procent. De kommande fem åren förväntas tillväxten ligga på 22 procent per år för att år 2020 vara uppe i 1,5 miljoner enheter per år. Ser man istället till värdet ökar det långsammare med 7 procent per år.

Siffrorna kommer från det franska analyshuset Yole Développement som listar tre områden som driver efterfrågan. Det handlar inte bara om att kunna äga kurragömmaleken eller försäkra sig om att lägerelden är släckt. Hemmafixarna kan spara pengar genom att hitta värmeläckor i väggarna och kamerorna ger jägarna helt andra möjligheter att upptäcka bytet.

Däremellan finns en rad användningsområden som inte ens kameratillverkarna har kläm på och som eldas på av att man sedan ett drygt år kan köpa en liten IR-modul för några tusenlappar och plugga in i smartmobilen.

Tittar man på de lite mer avancerade modellerna så ser fordonsindustrin stora möjligheter att förbättra säkerheten med IR-teknik. Företag som Autoliv erbjuder sedan ett antal år nattkameror som kan upptäcka både djur och fotgängare som döljer sig i mörkret. I takt med att bilarna tar allt större ansvar för körningen kommer de att behöva IR-kameror för klara uppgiften i svagt ljus och på natten. I bilverkstäderna kan mekanikerna hitta glappkontakter och oljeläckage.

Det tredje området som driver efterfrågan är säkerhetstillämpningar där många kommer att vilja komplettera sin vanliga övervakningskamera med en IR-kamera. Svenska Axis lanserade sin första modell redan 2010.

I IR-kameran är varje bildpunkt en termometer så för att bilden ska bli användbar krävs att bildpunkterna kalibreras individuellt. I de enklaste modellerna gör man det en gång för alla i produktionen och kraven är inte lika höga som i ett proffsinstrument.

– Kalibreringsprocessen tar lång tid och vi har sett exempel på billiga kinesiska kameror där det varierar fem grader eller mer över bilden, säger Nihat Palanci på Micro-Epsilon Sensotest, ett företag som specialiserat sig på försäljning, kalibrering och utbildning på värmekameror.

Även om kamerorna ser i totalt mörker är det inte lika lätt att tolka bilden som från en vanlig kamera för synligt ljus.

– En iskub ser exempelvis ut som om den brinner och det går aldrig att mäta på reflekterande metaller som rostfritt, aluminium och koppar.

Därför är det lätt att misstolka en reflex från en lampa som att det är varmt i elskåpet och börja reparera ”felet”.

– Man måste veta begränsningarna med instrumentet innan man börjar använda det, säger Nihat Palanci.

Dessutom måste man komma ihåg att värmekameror alltid har betydlig färre bildpunkter än vanliga kameror. I de billigaste modellerna kan det vara så få som 80 x 60 stycken. Inte ens en toppmodell har mer än cirka 600 x 400 bildpunkter.

Värmestrålningen bidrar också till tolkningsproblemet i och med att den ger utsmetade konturer för de våglängder som normalt används, det vill säga mellan 7,5 och 14 µm. Många värmekameror har också en vanlig kamera med högre upplösning för att göra det enklare för användarna att förstå vad de ser.

Flir har en patenterad teknik kallad MSX för att överlagra information från den vanliga kameran på värmebilden. Det sker i form av konturer som gör värmebilden enklare att tolka. Tekniken är utvecklad i Sverige.

För att MSX ska fungera i svagt ljus har kamerorna alltid ett par vita lysdioder som kan lysa upp motivet i mörka utrymmen som i ett elskåp.

Billig IR-teknik pressar inte bara priset på värmekameror, den gör det också möjligt att utveckla produkter för helt nya tillämpningar. Två färska exempel från Flir är en värmekamera kombinerad med fuktsensor och en enklare värmekamera för brandmän.

Den första är tänkt som ett hjälpmedel för dem som letar fuktskador. När vatten avdunstar avger det värme och syns därför som ett kallare område. För att avgöra om det verkligen är en fuktskada får man hålla den integrerade fuktsensorn mot det misstänkta området. Idag får man gå runt och mäta med en fuktsensor på alla de ställen där man misstänker att det finns fukt vilket är tidsödande och oprecist.

Värmekameror för brandmän är visserligen inget nytt men den senaste generationen som lanserades på försommaren och baseras på Flirs Leptonmodul (se ruta) gör att instrumentet är på väg att bli tillräckligt billigt för att varje brandman ska kunna ha ett eget.

För att vi ska se ändå fler typer av specialiserade värmekameror måste kostnaden fortsätta brant nedåt. En nyckelfaktor är att krympa storleken på bildpunkterna i sensorn. För tio år sedan var diametern 25 µm. Senast 2016 kommer alla större leverantörer att vara ner på 12 µm spår Yole. Men nästa steg till 6 µm blir tuffare eftersom det är mindre än IR-ljusets våglängd.

När bildpunkterna blir mind­re går det också att krympa optiken vilket även det bidrar till att sänka kostnaden och storleken.

Nya byggsätt är ytterligare en förklaring till att priset sjunkit så drastiskt de senaste åren. Idag använder alla större tillverkare kapsling av IR-detektorerna i form av WLP (wafer level package).

Flir har också utvecklat en metod för optiken som Yole döpt till Wafer Level Optics. Företaget är än så länge ensamt om tekniken och mycket tystlåtet om hur det fungerar.

– Vi har satsat 600 miljoner kronor i det här jätteprojekt. Det är få konkurrenter som har möjlighet att följa med, säger Rickard Lindvall.

Siffran inkluderar förutom utvecklingsarbetet även tillverkningsutrustning inklusive steppers som står hos olika partners som sköter produktionen.

– Vi har inte gjort av med allt utan ökar produktionstakten stegvis.

Ett av resultaten av jättesatsningen är Lepton, en minimal kameramodul som innehåller allt som behövs för att skapa färdiga IR-bilder. Mer om Lepton och Flirs andra IR-moduler i rutan.

Förutom att den använda i egna produkter säljs den också till andra tillverkare som vill in på IR-området. Ett färskt exempel är Bosch som släppte sin första värmekamera GTC 230 C i mars.

Den har 80 x 60 bildpunkter liksom foto- och videofunktioner. Men prislappen på närmare 10 000 kronor gör att den siktar på proffsmarknaden där den så klart har konkurrens av Flirs produkter, som C2 och TG165.

En annan konkurrent är Keysight som gav sig in på området förra sommaren med en kamera på 160 x 120 pixlar. Företaget använder bildbehandling i form av medelvärdesbildning som gör det möjlig att öka antalet bildpunkter till 320 x 240 utan att priset blir högre. Kameran kostar runt 3 500 dollar och klarar upp till 350 °C. Nyligen kom en modell för hela 1 200 °C.

 Tre IR-moduler från Flir

Lepton är den enklaste och billigaste modulen. Den är i princip en komplett kamera som levererar en videoström. Den första versionen har 80 x 60 bildpunkter medan den andra har 160 x 20 bildpunkter. Bildpunkterna är 17 µm och spektralintervallet är 7,5 till 14 µm. Den kan mäta temperaturer mellan –10 °C och +150 °C med en noggrannhet på ±2 °C eller 2 procent. Objektivet har ett bildfält på 41 x 32 grader.

Lepton är utvecklad på Flirs enhet i Santa Barbara, Kalifornien, men det svenska kontoret har varit involverade i utvecklingen av optiken.

För den som har lite större krav och är beredd att betala mer finns Muon. Det är en IR-modul utan objektiv som lanserades i september 2014. Det är en kalibrerad och okyld modul som bara behöver strömmatning, databuss och lämplig optik för att kunna leverera en temperaturkompenserad videoström. Muon finns i två varianter med 640 x 512 respektive 336 x 256 bildpunkter. Varje bildpunkt är 17 µm.

Bilderna går att läsa ut med 60 Hz, 50 Hz eller 9 Hz.

Modulen är inte större än 22 x 22 5 7 mm och ramen är i magnesium vilket gör att vikten ligger strax under 5 gram.

Effektförbrukningen för den mindre sensorn är under 300 mW och under 450 mW för den större.

Tau kan ses som en Muon men med optik. Bland annat finns en modell för fordonstilllämpningar och det finns också modeller för kortare spektral­intervall (0,9–1,7 µm).
MER LÄSNING:
 
Branschens egen tidning
För dig i branschen kostar det inget att prenumerera på vårt snygga pappers­magasin.

Klicka här!
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik

Anne-Charlotte
Sparrvik

+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)