Физические основы и сущность тепловизионного метода контроля

Лекция №7

«Физические основы и сущность тепловизионного метода контроля»

Инфракрасная (ИК) термография (infrared thermography) или ИК-тепловидение – это метод дистанционной визуалаизации и количественной оценки тепловых полей объектов по их собственному тепловому излучению. Все физические тела, имеющие температуру отличную от абсолютного нуля, излучают электромагнитную энергию, в том числе и в ИК-области спектра. Тепловизор преобразует не воспринимаемое глазом человека ИК-излучение контролируемого объекта в электрические сигналы, которые после усиления и автоматической обработки отображаются на экране дисплея. При этом на полученных термоизображениях (термограммах) участки обследуемого объекта, имеющие отличия в температуре и излучательных способностях представляются разными по интенсивности черно-белыми полутонами или цветами.

Основные преимущества тепловизионного метода контроля:

•  контроль производится без вывода диагностируемого оборудования из эксплуатации;

•  напряженное состояние контролируется не по отдельным сечениям, а интегрально по всей площади или протяженности конструкции;

•  не требуется зачистки металла и какой-либо другой подготовки контролируемой поверхности;

•  контроль производится бесконтактно, дистанционно, облегчается контроль труднодоступных мест конструкции, не оказывается внешнего воздействия на элементы конструкции;

•  применяемые приборы имеют малые габариты, автономное питание и регистрирующие устройства, не оказывают какого-либо вредного воздействия на человека;

•  контроль производится в режиме реального времени, выдача предварительного заключения возможна непосредственно на объекте.

ИК излучение занимает широкий диапазон длин волн от 0.76 до 1000 мкм. Границы этого диапазона: 1) коротковолновая – лежит на пределе зрительного восприятия (темно-красные видимые лучи); 2) длинноволновая – сливается с радиоволнами миллиметрового диапазона. В термографии используется главным образом средневолновой участок ИК-спектра (длина волны l= 2 – 15 мкм). Для инфракрасного излучения справедливы законы отражения, преломления, дифракции, интерференции и поляризации.

В последние годы понятие ИК-термографии все более связывают с технической диагностикой промышленных объектов и конструкций. Различают активный (transient thermal nondestructive testing) и пассивный (predictive maintenance, condition monitoring) способы теплового контроля.

Диагностирование и дефектоскопия с использованием тепловидения основываются на регистрации аномалий в распределении температурного поля на наружной поверхности объекта, к появлению которых приводят градиенты теплопроводности, возникающие при наличии дефектов в однородности и целостности материалов или изменении их свойств.

          Основными элементами любой инфракрасной системы являются: источник полезного излучения, несущего интересующую исследователя информацию о состоянии конструкции или сооружения; тепловой фон, ограничивающий возможность точного получения информации; атмосфера, ослабляющая инфракрасный сигнал; оптическая система, собирающая излучение на приемнике; приемник излучения, служащий для преобразования инфракрасного излучения в соответствующий электрический сигнал; схема электронного преобразования усиливающая сигнал и обеспечивающая его индикацию и регистрацию.

Тепловизор – прибор, предназначенный для преобразования теплового изображения объекта в видимое. Тепловизор преобразует инфракрасное излучение объекта в электрические сигналы, которые после усиления и автоматической обработки отображаются на экране дисплея, при этом различные температуры представляются разными цветами или полутонами серого цвета.

Тепловизионный метод контроля – метод теплового неразрушающего контроля, основанный на использовании электронных средств тепловидения.

Тепловидение (ИК-термография) – визуализация температурных полей, метод получения термограмм (термоизображений) не воспринимаемого глазом человека теплового излучения.

Температурное поле – совокупность мгновенных значений температуры во всех точках поверхности объекта контроля или его отдельного участка.

Изотерма – линия равной температуры, выделенная на объекте контроля или его изображении.

      Эффективность и качество тепловизионных измерений в значительной степени зависят от значения коэффициента теплового излучения объекта e_т.