VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Тепловой контроль основан на измерении, мониторинге и анализе температуры контролируемых объектов. Основным условием применения теплового контроля является наличие в контролируемом объекте тепловых потоков. Процесс передачи тепловой энергии, выделение или поглощение тепла в объекте приводит к тому, что его температура изменяется относительно окружающей среды. Распределение температуры по поверхности объекта является основным параметром в тепловом методе, так как несет информацию об особенностях процесса теплопередачи, режиме работы объекта, его внутренней структуре и наличии скрытых внутренних дефектов. Тепловые потоки в контролируемом объекте могут возникать по различным причинам.

Импульсный метод- контроль, при котором длительность тепловой стимуляции существенно меньше характерного времени наблюдения; как правило, нагрев производят с помощью импульсного лазера или импульсной лампы .

Композит - это любой материал, сделанный из более чем одной составляющей. Особенное внимание уделено композиционным материалам, усиленным волокнами, или волокнитам. Это материалы, в которых волокно, сделанное из одного материала заключено внутри другого материала..

ТЕПЛОВОЙ КОНТРОЛЬ ОБРАЗЦА ИЗ УГЛЕПЛАСТИКА

Оптический импульсный нагрев с помощью ксеноновой лампы

Преимущество импульсного нагрева состоит в возможности передать объекту контроля значительную энергию за короткое время и тем самым снизить влияние «поперечной» теплопроводности металла на выявляемость дефектов. В экспериментах был использован комплект QUADX STUDIO SET 3000 фирмы BOWENS. Внешний вид комплекта показан на рисунке 1.

Рисунок 1 – Комплект импульсных ламп QUADX STUDIO SET 3000

Лабораторная установка для импульсного нагрева показана на рисунке 2 и состоит из двух ксеноновых ламп, блока питания ламп, эталонного образца и тепловизора. Длительность импульса составляла около 1 мс при полной энергии световой вспышки до 3 кДж.

Рисунок 2 – Лабораторная установка, использующая ксеноновые

импульсные лампы

Устройство регистрации температуры (инфракрасная камера NEC TH9100ML)

Для регистрации последовательностей термограмм использовали одноволновую ИК камеру TH9100ML производства фирмы NEC Avio, Япония (рисунок 3).

Рисунок 3 – ИК камера TH9100ML

Далее с помощью лабораторной установки была получена последовательность термограмм, отражающая процесс нагрева образца из композита с помощью источника импульсного теплового нагружения.

Один из кадров полученной последовательности представлен на Рис. 4

Рисунок 4. 10 кадр исходной последовательности.

Далее для упрощения и увеличения производительности обработки данных, из исходной последовательности была вырезана область интереса (ROI – region of interest). Вид области интереса представлен на Рисунке 5.

Рисунок 5. Вид области интереса после упрощения.

Графики развития температуры для дефектной и бездефектной зон во времени (зоны показаны на Рисунке в виде эллипсов) представлены на Рисунке 6

Рисунок.6.Графики развития температуры для дефектной и бездефектной зон во времени.

Хорошо видно различие средних температур для дефектной и бездефектной зоны во времени. Для дефектной зоны наблюдается увеличенные значения температур. После 100 го кадра (соответствует моменту времени 1.6 после импульса нагрева) температуры для дефектной и бездефектной зоны совпадают (температурный сигнал спадает до уровня шума тепловизора). По графику можно приблизительно определить наиболее оптимальный момент для регистрации сигнала, что соответствует 20-30 кадру. Для более точной оценки оптимального момента обнаружения сигнала использовалось отношение сигнал-шум.

Отношение сигнал-шум, является базовым при проведении процедур теплового контроля, для его определения используются выражения, представленные ниже.

Общим критерием сравнения различных процедур ТК является отношение сигнал/шум,которе определяет как :S=Td-Tndσnd

Td-средняя температура в дефектной зоне

Tnd- средняя температура в бездефектной зоне

σnd-стандартное отклонение в бездефектной областидисперсия шума,определяемое как

σnd=i=1n(Tnd i-Tnd)2n-1

Внутренний дефект может быть надежно обнаружен оператором или автоматическим устройством,если в момент наблюдения обусловленный им сигнал превышает уровень шумов: s>1

График изменения отношения сигнал-шум для последовательности привиден на Рисунке 7.

Рисунок 7. График изменения отношения сигнал-шум.

Как видно из рисунка, температурное поле для 24 кадра, соответствует максимальному отношению сигнал-шум. Вид температурного поля для 24 кадра приведен на Рисунке 8.

Рисунок 8. Температурное поле для 24 кадра (максимальное отношение сигнал-шум)

Для развитой обработки тепловизионной последовательности использовалоь преобразование Фурье. Смысл преобразования Фурье состоит в применении дискретного преобразования Фурье к временному развитию температуры для I,j пикселя. В результате полается последовательность и изображений амплитуд и фаз для каждой частоты. Формула для вычисления преобразования Фурье приведена ниже.

,

где -дискретная исходная функция, содержащая отсчетов ( термограмм в последовательности), -частота, -мнимая единица, -номер отсчета.

Рисунок 9. Изображение амплитуды для 1 гармоники при преобразовании Фурье

Рисунок 10. Изображение фазы для 3 гармоники при преобразовании Фурье

Для обработки данных использовалась копьютерная программа ThermoLab (сайт http://tndtsoft.ru), а также математический пакет MATLAB.

Литература.

Вавилов В.П. Тепловые методы контроля композиционных структур и изделий радиоэлектроники. М., Радио и связь, 1984.

http://tndtsoft.ru

В.П. Вавилов Инфракрасная Термография и Тепловой контроль, Томск 2012

Код для цитирования: Скопировать