Was ist ein Infrarot-Radiometer?
Ein Infrarot-Radiometer (IR-Radiometer) ist ein Sensor, der berührungslose Temperaturinformationen erhält, indem er die von einer Oberfläche oder einem Objekt emittierte Infrarotstrahlung (Wärmestrahlung) misst. Die Messung basiert auf der Wärmeenergie, die der Körper natürlich abstrahlt.
Wie funktioniert es?
Jeder Körper emittiert abhängig von seiner Temperatur Infrarotstrahlung (IR). Das IR-Radiometer:
- Erkennt die vom Objekt kommende thermische IR-Strahlung
- Wandelt diese Strahlung nach dem Stefan-Boltzmann-Gesetz in Temperatur um
- Misst ohne Berührung
Messwellenlänge
- Normalerweise 8 – 14 µm (atmosphärisches Fenster)
Dieses Band ist der Bereich, in dem die atmosphärische Absorption gering ist und die genaueste Temperaturmessung erfolgt.
Was misst es?
- Oberflächentemperatur (Pflanzenblatttemperatur, Boden, Wasser, Asphalt usw.)
- Thermischer Strahlungsfluss
Indirekt:
- Pflanzenwasserstress
- Nächtliche Abkühlung / Frostrisiko
- Wärmeinseleffekt
Spektralbereich 8–14 µm (Mikrometer) gibt den elektromagnetischen Wellenlängenbereich an, den der Sensor erkennt. Speziell bei diesem Sensor wird Infrarotstrahlung (IR) gemessen.
Warum 8–14 µm?
Dieser Bereich ist die Region, in der die von Objekten wie der Erdoberfläche, Pflanzen, Tieren und Gebäuden natürlich emittierte Wärmestrahlung ihren Höhepunkt erreicht.
- Thermische Strahlung (Wärmeabstrahlung) wird durch das Stefan-Boltzmann-Gesetz und die Planck-Kurve definiert.
- Wenn ein Objekt beispielsweise eine Temperatur von etwa 20–30 °C hat, liegt seine intensivste Abstrahlung bei etwa 8–12 µm.
Warum atmosphärisch?
Der Bereich von 8–14 μm ist als „transparentes Fenster“ der Atmosphäre bekannt:
- Die Atmosphäre absorbiert nur sehr wenig der Strahlung in diesen Wellenlängen.
- Dadurch ist es möglich, die von der Oberfläche ausgehende Wärme direkt zu messen.
- Nach 14 μm absorbieren CO₂ und H₂O-Dampf die Strahlung in hohem Maße.
Unterschied zum Pyrgeometer
| Merkmal | Infrarot-Radiometer | Pyrgeometer |
|---|---|---|
|
Messung |
Oberflächentemperatur |
Langwellige Strahlung |
|
Sichtwinkel |
Eng (bestimmter Bereich) |
Breit (Halbkugel) |
|
Wellenlänge |
8 – 14 µm |
4,5 – 50 µm |
|
Verwendung |
Objekt-/Pflanzentemperatur |
Energiebilanz |
|
Ausgang |
°C |
W/m² |
Sichtfeld (Field of View)
Der Apogee SI-411 Sensor hat einen Halbwinkel von 22°. Formel:
r = d × tan(θ)
Flächendurchmesser = 2r
Hierbei:
- d = Abstand zwischen Sensor und Zieloberfläche (z. B. 1 Meter)
- θ = Halbwinkel (22°)
- Flächendurchmesser = 2r
Mit zunehmendem Abstand des Sensors von der Oberfläche erweitert sich der gemessene Bereich linear.
Für eine Oberfläche in 1 Meter Entfernung:
r = 1 · tan(22°) ≈ 1 · 0.404 = 0.404 m
Durchmesser = 2 × 0.404 = 0.808 m (ca. 81 cm)
Das bedeutet, der Sensor misst in 1 Meter Entfernung einen Kreis mit einem Durchmesser von 81 cm.
Für eine Oberfläche in 2 Metern Entfernung:
r = 2 · tan(22°) ≈ 2 · 0.404 = 0.808 m
Durchmesser = 2 × 0.808 = 1.616 m
In 2 Metern Entfernung deckt er einen Bereich von ca. 1.6 Metern ab.
Zusammenfassung:
- In 0.5 m Entfernung → Ca. 40 cm Durchmesser
- In 1 m Entfernung → Ca. 81 cm Durchmesser
- In 2 m Entfernung → Ca. 1.6 m Durchmesser
- In 5 m Entfernung → Ca. 4 m Durchmesser
Bedeutung des Infrarot-Radiometer (IR) Sensors in der Landwirtschaft
Der IR-Sensor beantwortet folgende Frage: „Ist die Pflanze gerade unter Stress?“
- Ein Rückgang der Transpiration wird frühzeitig erkannt
- Das Frostrisiko wird vor der Lufttemperatur erkannt
- Tag und Nacht erfolgen kontinuierliche Messungen
Schätzen Sie die Oberflächentemperatur nicht, messen Sie sie
Stress bei Pflanzen beginnt oft nicht bei der Lufttemperatur, sondern bei der Blatt- und Bodenoberflächentemperatur.
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