Termografia Rejestracja rozkładu radiacji na powierzchni badanych obiektów

Transkrypt

1 Termografia Rejestracja rozkładu radiacji na powierzchni badanych obiektów Maria Soroko Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska 2009

2 Dolnośląska Agencja Energii i Środowiska umoŝliwia korzystanie z poniŝszej prezentacji, pod warunkiem zachowania praw autorskich.

3 Plan prezentacji: 1Początek termografii 2Promieniowanie podczerwone 3Kamera termowizyjna 4MoŜliwe zastosowania 5Plusy i minusy termografii 6. Przyszłość termografii w Polsce

4 Odkrycie niewidzialnego dla oka ludzkiego promieniowania 1800 r. Astronom Friedrich Wilhelm Hersche odkrycie promieniowania podczerwanego rwanego. 30lata późniejp pierwsze urządzenia umoŝliwiaj liwiające detekcje promieniowania podczerwonego, dające zaląŝ ąŝek stosowania techniki termograficznej w wojsku i w przemyśle le.

5 Promieniowanie podczerwone: jest częś ęścią promieniowania slonecznego znajduje sie pomiędzy światłem widzialnym a falami radiowymi to promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez molekuły y materii ma zakres promieniowania o barwie czerwonej długość fal od 780nm do 1 mm (od 0,78 µm m do 1000µm)

6 PRAWO KIRCHOFFA : Ciało doskonale czarne o temp. powyŝej zera bezwzględnego ma zdolność do absorpcji całkowi kowitej padające cego na nie promieniowania elektromagnetycznego i jest zdolne do emitowania tego promieniowania.

7 PRAWO PLANCKA : rozkład promieniowania ciała a doskonale czarnego opisuje równanie: Wλb -emitancja widmowa ciała doskonale czarnego c prędkość Plancka 3x10[m/s] K stała Boltzmana 1,4x10 [J/K] T tem. bezwzgledna ciała doskonale czarnego [K o ] λ - długość fali [m 2 ]

8 Promieniowanie podczerwone Fale podczerwone są podzielone na 4 zakresy długod ugości : 1.Bliska podczerwień 0,78-3 µm 2.Średnia podczerwień 3-6 µm 3.Daleka podczerwień 6-15 µm 4 Bardzo daleka podczerwnien µm Organizmy Ŝywe emitują fale o zakresie długości ci 3-50µm. W pomiarach technicznych waŝną role odgrywa zakres fal o długod ugości ok 20 µm.

9 Promieniowanie podczerwone Emitowane promieniowanie rozchodzi sie w przestrzeni zaburzania pola elektromagnetycznego, którego regoźródłem em są przyśpieszaj pieszające lub hamujące ładunki elektryczne. e. Fotony - jednostki pola elektromagnetycznego będące nośnikami nikami oddziaływa ywań elektromagnetycznych. Strumień fotonów niesie ze sobąści ciśle określan laną energie.

10 Promieniowanie podczerwone Intensywność tego promieniowania wzrasta wprost w proporcjonalne z temperaturą badanego ciała. a.

11 Współczynnik emisyjności badanego ciała Określony na podstawie moŝliwo liwości wysyłania promieniowania przez dane ciało. Josef Stefana i Ludwig Boltzman w XIX wieku opracowali wzór r na obliczenie całkowitej emisji ciała a doskonale czarnego, nazywajac wzór r prawem Stefana- Boltzmana.

12 Prawo Stefana - Boltzmana Wb = σ x T 4 [W/m 2 ] Wb Energia promienista ciała σ Stała Stefana - Boltzmana [W/m 2 ] T Temperatura ciała w stopniach Kelvina[K o ]

13 KAMERA TERMOWIZYJNA Mierzy emitowane fale elektromagnetyczne wysyłane przez dane ciało, ukazując c mapę temperatur jego powierzchni. Obraz termiczny utworzony jest z palety barw.

14 KAMERA TERMOWIZYJNA Aby promieniowanie zostało o odczytane przez kamerę termowizyjną, musi przebyć drogę z powierzchni obiektu do kamery. Środowisko (powietrze) przebycia drogi falowej, ma wpływ na odczyt fal. Zakłócenia moŝe powodować para wodna, CO2 itp.

15 Przepuszczalność powietrza zaleŝy od długod ugości fal: Ciała a cieplejsze emitują promieniowanie o mniejszej długości fal (od 0, µm ),co pozwala na ich łatwiejsze wykrycie. Ciała a zimne emitują promienie w zakresie dalekiej podczerwieni ( µm) i sąs trudniejsze do wykrycia.

16 PRZEBIEG POMIARU: Fale lustro paraboli(optyka) (optyka) ognisko detektora zamiana energii cieplnej na energie elektryczna postać cyfrowa wartość temperatury poszczególnych punktów w macierzy obrazu punktom są nadane kolory, które tworzą obraz termiczny wyświetlenie wietlenie obrazu na ekranie kamery.

17 1.Wysyłanie fali przez ciało 2. Fale odczytane przez obiektyw kamery 3. Lustro paraboli (optyka) i ognisko detektora 4. Przetwornik zamieniający energię cieplną na energie elektryczną 5. Komputer nadrz rzędny obróbka bka postaci cyfrowej 6. Monitor

18 TYPY TECHNIK TERMOGRAFICZNYCH Termografia pasywna polega na wyznaczenie obrazu termograficznego bez stymulacji zewnętrznej badanego ciała. Termografia aktywna polega na wyznaczan aniu obrazu termograficznego poprzez zastosowanie zew. stymulacji cieplnej.

19 WaŜne elementy w przeprowadzaniu badania: 1. emisyjność ciała współczynniki emisyjności zaleŝą od składu badanego ciała. CiaC iała o podobnej temperaturze ale o innym składzie, mogą mieć róŝną intensywność promieniowania 2. przewodnictwo cieplne jest zaleŝne od struktury materiału z którego zbudowane jest ciało 3. temperatura badanego ciała i otoczenia 4. zjawisko zaszumienia obrazu - mała a róŝnica r temperatur pomiędzy otoczeniem a badanym ciałem 5. widmowy zakres czułości ci kamery 6. określanie odległości od kamery

20 Na jakie błedy b uwaŝać! 1. dobór metody 2. sposób kalibracji 3. błędyb toru elektrycznego 4. oszacowanie emisyjności

21 ZASTOSOWANIE - w wojsku, policji - w budownictwie - izolacja cieplna budynku - w kosmosie - w badaniach aerodynamicznych - w elektroenergetyce, urządzeniach chłodniczych, klimatyzacji - w weterynarii

22

23

24 ZASTOSOWANIE W medycyniem ludzkiej: Choroby wieńcow cowe,, dermatologia, diagnozowanie poparzeń i odmroŝeń Zaburzenia krąŝ ąŝenia naczyniowego w kończynach górnych i dolnych pochodzenia cukrzycowego, niewydolno ewydolność Ŝylna po pourazowych uszkodzeniach naczyń krwionośnych nych Monitorowanie leczenia fizykoterapeutycznego schorzeń reumatycznych, neurologicznych i pourazowych. Diagnostyka zmian skórnych podejrzanych o przemianę nowotworową

25

26 PLUSY METODY: Bezinwazyjna i bezpieczna Uwidacznia kierunki przepływu ciepła, szybki przegląd d duŝych powierzchni Wiarygodne informacje z dokładno adnością do 0,1C Przewiduje i ustala miejsca w których występuj pują lub mogą dopiero wystąpi pić problemy oraz znajduje punktowe źródła a ciepła UmoŜliwia pomiar miejsc trudnych do zdiagnozowania przez inne metody diagnostyczne Szybkość wykonania zdjęć - otrzymany obraz moŝe e być natychmiast przea eanalizowany. Precyzyjność- umoŝliwia dojrzenie najdrobniejszych problemów w dzięki duŝej palecie barw. Łatwa obróbka bka komputerowa uzyskanego obrazu. Brak potrzeby podłą łączenie kamery do sieci, więc c moŝliwo liwość wykonywania zdjęc w dowolnym miejscu Jedna z najnowocześniejszych niejszych technik na rynku

27 SYTUACJA W POLSCE Pionierami w przeprowadzaniu badan termograficznych jest Politechnika Łódzka oraz Politechnika Gdańska. Jednak tego typu badania sąs nadal mało rozpowszechnione, ze względu na wysoki koszt sprzętu tu, co ogranicza dostęp p do niego.. Rozwój j technologii oraz większa dostępno pność tego typu techniki powinna wpłyn ynąć na szersze jej zastosowanie w wielu dziedzinach nauki i w praktyce.

28 Dziękuj kuję za uwagę