Bezkontaktní termografie



Podobné dokumenty
Školení CIUR termografie

Teplota je nepřímo měřená veličina!!!

PROCESY V TECHNICE BUDOV 12

25 A Vypracoval : Zdeněk Žák Pyrometrie υ = -40 C C. Výhody termovize Senzory infračerveného záření Rozdělení tepelné senzory

CW01 - Teorie měření a regulace

Měření teploty v budovách

Ing. Pavel Hrzina, Ph.D. - Laboratoř diagnostiky fotovoltaických systémů Katedra elektrotechnologie K13113

Základy spektroskopie a její využití v astronomii

TERMOMECHANIKA 15. Základy přenosu tepla

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

Základy pyrometrie. - pyrometrie = bezkontaktní měření teploty. 0.4 µm µm C C

Fyzikální podstata DPZ

PRINCIP MĚŘENÍ TEPLOTY spočívá v porovnání teploty daného tělesa s definovanou stupnicí.

Základy práce s IČT kamerou. Ing. Jan Sova, Centrum termografie

Záření absolutně černého tělesa

I. diskusní fórum. Možnosti zajištění kvality stavby (diagnostická metoda infračervená termografie) VZDĚLÁVACÍ MATERIÁL O DISKUTOVANÉM TÉMATU

1 Bezkontaktní měření teplot a oteplení

Teplota jedna ze základních jednotek soustavy SI, vyjadřována je v Kelvinech (značka K) další používané stupnice: Celsiova, Fahrenheitova

Měření šířky zakázaného pásu polovodičů

TERMIKA II. Stacionární vedení s dokonalou i nedokonalou izolací; Obecná rovnice vedení tepla; Přestup a prostup tepla;

Bezdotykové měření teploty

ZÁŘENÍ V ASTROFYZICE

SNÍMAČE PRO MĚŘENÍ TEPLOTY

Otázky pro samotestování. Téma1 Sluneční záření

Šíření tepla. Obecnéprincipy

Fyzikální praktikum FJFI ČVUT v Praze

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY

Fotoelektrické snímače

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

Ústav technologie, mechanizace a řízení staveb. Teorie měření a regulace. emisivní p. ZS 2015/ Ing. Václav Rada, CSc.

TERMOGRAFIE A PRŮVZDUŠNOST LOP

Čím je teplota látky větší (vyšší frekvence kmitů), tím kratší je vlnová délka záření.

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

TERMOMECHANIKA 19. Přenos tepla zářením

SPEKTROMETRIE. aneb co jsem se dozvěděla. autor: Zdeňka Baxová

Fyzikální praktikum z molekulové fyziky a termodynamiky KEF/FP3. Teplotní záření, Stefan-Boltzmannův zákon

Zobrazení v IR oblasti s využitím termocitlivých fólií

Úloha 1: Vypočtěte hustotu uhlíku (diamant), křemíku, germania a α-sn (šedý cín) z mřížkové konstanty a hmotnosti jednoho atomu.

TERMOGRAFICKÉ MĚŘENÍ LOPATEK ROTAČNÍHO STROJE "FROTOR"

Teoretické základy bezdotykového měření

ČÁST TŘETÍ KONTROLNÍ OTÁZKY

M e P S. Vyzařující plocha S je konstantní stejně jako σ a pokud těleso odvádí energii jen zářením

Světlo jako elektromagnetické záření

Infračervená termografie ve stavebnictví

Technická diagnostika Termodiagnostika Ing. Jan BLATA, Ph.D. Kat. 340, VŠB-TU Ostrava Ostrava 2014

BEZDOTYKOVÉ MĚŘENÍ TEPLOTY

16. MĚŘENÍ TEPLOTNÍ VYZAŘOVACÍ CHARAKTERISTIKY VOLFRAMOVÉHO VLÁKNA PYROMETREM

PSK1-14. Optické zdroje a detektory. Bohrův model atomu. Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola, Božetěchova 3 Ing. Marek Nožka.

9. Měření teploty. P. Ripka A3B38SME přednáška 9

Středoškolská technika 2016 ÚSPORA ENERGIE PŘI ZATEPLENÍ

ZÁKLADY STAVEBNÍ FYZIKY

širokopásmové zachycení veškerého teplotního

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

ABSORPČNÍ A EMISNÍ SPEKTRÁLNÍ METODY

Použití termokamery v technické praxi

Charakteristiky optoelektronických součástek

Spektrální charakteristiky

A:Měření odporových teploměrů v ultratermostatu B:Měření teploty totálním pyrometrem KET/MNV (8. cvičení)

Polovodičové senzory. Polovodičové materiály Teplotní závislost polovodiče Piezoodporový jev Fotonové jevy Radiační jevy Magnetoelektrické jevy

Historie bezdotykového měření teplot

Úvod, optické záření. Podkladový materiál k přednáškám A0M38OSE Obrazové senzory ČVUT- FEL, katedra měření, Jan Fischer, 2014

11.13 Tepelná emisivita betonu

MĚŘENÍ RELATIVNÍ VLHKOSTI. - pro měření relativní vlhkosti se používají metody měření

Jméno a příjmení. Ročník. Měřeno dne Příprava Opravy Učitel Hodnocení. Charakteristiky optoelektronických součástek

MĚŘENÍ ABSOLUTNÍ VLHKOSTI VZDUCHU NA ZÁKLADĚ SPEKTRÁLNÍ ANALÝZY Measurement of Absolute Humidity on the Basis of Spectral Analysis

Projekt FRVŠ č: 389/2007

Solární kolektory - konstrukce

Bezkontaktní me ř ení teploty

Molekulová fyzika a termika:

08 - Optika a Akustika

ATOMOVÁ SPEKTROMETRIE

TEPLO, SVĚTLO, ENERGIE

DPZ - IIa Radiometrické základy

TERMOVIZE A BLOWER DOOR TEST

SPEKTROSKOPICKÉ VLASTNOSTI LÁTEK (ZÁKLADY SPEKTROSKOPIE)

ANALÝZA VYBRANÝCH DETAILŮ STAVEBNÍ KONSTRUKCE OBVODOVÉHO PLÁŠTĚ STAVBY SUPERMARKETU GLOBUS V LIBERCI

Spektroskopie Vegy. e hc/k BλT. λ 5 1. L =4πR 2 σt 4, (2)

Technologie a procesy sušení dřeva

A5M13VSO MĚŘENÍ INTENZITY A SPEKTRA SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ

laboratorní řád, bezpečnost práce metody fyzikálního měření, chyby měření hustota tělesa

Elektronový obal atomu

Termomechanika 11. přednáška Doc. Dr. RNDr. Miroslav Holeček

MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA DIPLOMOVÁ PRÁCE

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE. Fakulta Elektrotechnická Katedra Energetiky. bakalářská práce

Jaký obraz vytvoří rovinné zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, stejně velký. Jaký obraz vytvoří vypuklé zrcadlo? Zdánlivý, vzpřímený, zmenšený

17. Celá čísla.notebook. December 11, 2015 CELÁ ČÍSLA

Viková, M. : ZÁŘENÍ II. Martina Viková. LCAM DTM FT TU Liberec, (hranol, mřížka) štěrbina. Přednášky z : Textilní fyzika

MOLEKULOVÁ FYZIKA A TERMODYNAMIKA

Stručný úvod do spektroskopie

Elektrická zařízení III.ročník

λ, (20.1) infračervené záření ultrafialové γ a kosmické mikrovlny

Ultrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský

1. FYZIKÁLNÍ ZÁKLADY ŠÍŘENÍ TEPLA

6. STUDIUM SOLÁRNÍHO ČLÁNKU

Bezpečnostní inženýrství. - Detektory požárů a senzory plynů -

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE II

Rychlost světla a její souvislost s prostředím

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY ANALÝZA PARAMETRŮ INFRAČERVENÉHO ZOBRAZENÍ ANALYSIS OF INFRARED ACQUISITION PARAMETERS

Snímkování termovizní kamerou

Stojaté a částečně stojaté vlny

Transkript:

Bezkontaktní termografie Biofyzikální ústav LF MU

Elektromagnetické spektrum http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:elmgspektrum.png Bezkontaktní termografie 2

Zdroje infračerveného záření Infračervené záření je elektromagnetické vlnění (tok fotonů), které se vyzařuje každý objekt, který má teplotu vyšší než absolutní nula (0 K). vlnová délka v rozmezí 10-6 až 10-3 m energie 1 až 10-3 ev Velikost zářivého toku generovaného tepelným zdrojem, spektrální složení a směr šíření závisejí na vlastnostech a teplotě zdroje. Bezkontaktní termografie 3

Energie fotonu E = hv = hc λ = 1,986 10 19 λ E energie fotonu [J] h Planckova konstanta [J.s] v frekvence [s -1 ] c rychlost světla [m.s -1 ] λ vlnová délka [m] Bezkontaktní termografie 4

Základní zákony vyzařování Planckův vyzařovací zákon Stefan-Boltzmannův zákon Wienův posunovací zákon Absolutně černé těleso Bezkontaktní termografie 5

Absolutně černé těleso Ideální těleso, které pohlcuje veškerou radiaci na něj dopadající, bez ohledu na vlnovou délku a úhel, pod kterým na těleso dopadá. Pokud je AČT zdrojem radiace je ideální absorber i emiter radiace. Vyzařuje na všech vlnových délkách při dané teplotě maximální dosažitelnou energii zářivého toku. Bezkontaktní termografie 6

Absolutně černé těleso Proud fotonů http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/black-body_realization.png Bezkontaktní termografie 7

Planckův vyzařovací zákon Základní zákon tepelného vyzařování AČT. Záření je vyzařováno po kvantech. L e,λ T = C 1 λ 5 exp C [W sr 1 cm 2 m1 ] 2 λt 1 C 1 = 2hc 2 C 2 = ch k B h Planckova konstanta (6,6256 10-34 J s) k B Boltzmannova konstanta (1,3807 10-23 J K -1 ) c rychlost světla (2,9979 10 8 m s -1 ) C 1 1. vyzařovací konstanta (1,191 10-16 W m 2 ) C 2 2. vyzařovací konstanta (1,4388 10-2 K m) Bezkontaktní termografie 8

Planckův vyzařovací zákon Bezkontaktní termografie 9

Stefan-Boltzmannův zákon Vyjadřuje intenzitu vyzařování AČT. Výsledná intenzita vyzařování černého tělesa je úměrná čtvrté mocnině jeho absolutní teploty (T): M e T = σ e T 4 [W cm 2 ] Lze vyjádřit integrací Planckova vyzařovacího zákona: M e T = M e,λ λ, T dλ = 2π5 k 4 0 15c 2 h 3 T4 = σ e T 4 [W cm 2 ] Bezkontaktní termografie 10

Stefan-Boltzmannův zákon Bezkontaktní termografie 11

Wienův posunovací zákon Maximum spektrální intenzity vyzařování se mění v závislosti na teplotě, odpovídající vlnovou délku lze stanovit vyhledáním lokálního extrému odpovídajících funkcí: M e,λ (λ, T) λ = 0 λ max T = 2898 [μm K] Z toho vyplývá, že čím je těleso teplejší, tím vyzařuje na kratších vlnových délkách a tedy na vyšších frekvencích. Bezkontaktní termografie 12

Wienův posunovací zákon Bezkontaktní termografie 13

Kirchhoffovy zákony 1. KZ říká, že součet reflektance (r), absorptance (a) a transmitance (t) objektu je vždy roven jedné: r + a + t = 1 2. KZ říká, že objekt je tak dokonalým zářičem, jak dovede záření pohlcovat: ε = a Bezkontaktní termografie 14

Emisivita Emisivita ε vyjadřuje schopnost zářiče vyzařovat. Koeficient emisivity nabývá hodnot 0 až 1. Dokonalé zářiče (dokonale černá tělesa) mají ε=1, nedokonalé zářiče (šedá tělesa) mají 0<ε<1 a absolutně nedokonalé zářiče (bílá tělesa) mají ε=0. Koeficient emisivity je závislý na: typu materiálu zdroje vlastnostech povrchu zdroje vlnové délce teplotě materiálu směru vyzařování Bezkontaktní termografie 15

Záření reálných zdrojů Bezkontaktní termografie 16

Lidské tělo Neochlupený a suchý povrch lidského těla se chová jako téměř dokonalé černé těleso a to nezávisle na barvě pokožky (spektrální interval nad 6μm). Spektrální interval 3-6μm: selektivní zářič Spektrální interval menší než 3μm: povrch kůže částečně transparentní Pokožka není ideální Lambertovský zářič. Bezkontaktní termografie 17

Rozložení teploty lidského těla během denního cyklu http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/05/body_temp_variation.png Bezkontaktní termografie 18

Lékařská termografie Lékařská termografie Bezkontaktní termografie Kontaktní termografie Bezkontaktní termografie 19

Kontaktní termografie Metody jsou založené na teplotní roztažnosti látek, často kapalin (např. rtuť). http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/93/clinical_thermometer_38.7.jpg Bezkontaktní termografie 20

Kontaktní termografie Lékařský rtuťový teploměr Elektronické kontaktní teploměry Termistory Tekuté krystaly Bezkontaktní termografie 21

Proces zobrazení termokamerou Analogie se záznamem pomocí digitálního fotoaparátu, příp. sítnice lidského oka. Snímání pomocí speciálního čipu citlivého na IR. Detekovaný radiační tok je ovlivněn tokem od vlastního snímaného objektu, ale teké tokem od pozadí a vnějších radiačních zdrojů. Vliv na výsledek má také teplota a transparence atmosféry, ochlazování povrchu objektu prouděním vzduchu nebo směrovost vyzařování zdrojů záření. Teplotní profil povrchu je ovlivněn také skladbou snímaného objektu a existencí vnitřních zdrojů tepelné energie. Bezkontaktní termografie 22

Proces zobrazení termokamerou Bezkontaktní termografie 23

Proces zobrazení termokamerou Bezkontaktní termografie 24

Optika Čočky z germánia neovlivňují průchod IR záření. Platí stejné zákony optiky. Na povrchu čočky je navíc antireflexní vrstva, která zabraňuje odrazu IR záření. Dochází tak ke zvýšení propustnosti čočky až na 90 % a více. Germániová čočka funguje zároveň jako filtr. Na povrch čočky dopadá záření všech vlnových délek, ale optika propustí jen požadované vlnové délky. Bezkontaktní termografie 25

Detektory Detektor IR záření v infrazobrazovacích systémech převádí zářivou energii na jiné formy energie (na elektrický signál). IR detektory selektivní (fotonové) neselektivní (tepelné) Bezkontaktní termografie 26

Detektory Selektivní fotonové Jsou polovodičové detektory, které zaznamenávají jednotlivá kvanta (fotony) záření. Využívají přímé přeměny dopadajícího záření na elektrický proud (fotoelektrický jev) Velikost výstupního elektrického signálu je úměrná intenzitě záření. Detektory jsou obvykle úzkopásmové. Jsou citlivější než tepelné detektory, ale vyžadují chlazení. Vyšší cena. Bezkontaktní termografie 27

Detektory Selektivní fotonové Základem je fotoelektrický jev: Je-li energie elektronu ve valenčním pásmu, která mu byla předána fotonem záření, dostatečná k překonání zakázaného pásma Q g, elektron opustí valenční pásmo a pohybuje se v pásmu vodivostním (vznik párů elektron-díra). Minimální energie fotonu (vlnová délka) je dána šířkou zakázaného pásma. λ c = hc Q g [m] λ c Q g mezní vlnová délka zakázané pásmo energie [ev] Bezkontaktní termografie 28

Detektory Neselektivní tepelné (bolometrické) V závislosti na ohřátí vlivem dopadajícího IR záření se mění elektrický odpor detektorů. Změna odporu = intenzita IR záření. Charakteristická veličina: teplotní součinitel odporu Odpor elektrických vodičů s rostoucí teplotou stoupá: α má kladnou hodnotu. Odpor elektrických polovodičů s rostoucí teplotou klesá: α má zápornou hodnotu. α = 1 R d dr d dt Obvykle jsou širokopásmové. Bezkontaktní termografie 29

Detektory Neselektivní tepelné (bolometrické) Mikrobolometrické mozaikové detektory: Paralelní uspořádání mikrobolometrických elementů do detekční mozaiky (např. 320 x 240). Struktura je: tepelně izolována od okolního prostředí tepelně stabilizována (termoelektrické chlazení na pokojovou teplotu) uzavřená do vakuovaného pouzdra se vstupním oknem např. z germania Bezkontaktní termografie 30

Aplikace Stavebnictví Energetika a průmysl Medicína Zánětlivá ložiska Poruchy prokrvení Nádorová ložiska Bezkontaktní termografie 31

Faktory ovlivňující výsledky vyšetření Přísné dodržování standardních podmínek (aklimatizace pacienta cca 10 minut, teplota ordinace v rozmezí od 19 do 21 C). Využití symetrie k porovnávání místa s patologickým jevem a místa zdravého (např. při lokalizaci na končetinách by neměl teplotní rozdíl přesáhnout polovinu C při normálním prokrvení). Vliv zvýšené teploty při horečce, psychického stavu pacienta, kouření či požití alkoholu. Bezkontaktní termografie 32

Biofyzikální ústav LF MU Anatomický ústav LF MU Studie změn teploty končetin potkana po ligatuře nervu zadní končetiny Bezkontaktní termografie 33

Biofyzikální ústav LF MU Zánět v oblasti lůžka nehtu palce Stav po 30 dnech Bezkontaktní termografie 34

Biofyzikální ústav LF MU Chladový test, čas snímání po 30 s. 1 2 3 4 5 Bezkontaktní termografie 35

Biofyzikální ústav LF MU Termosnímek ležícího psa (pudl), tepelné rozdíly způsobené různou tloušťkou a strukturou srsti komplikace EMISIVITA!!!!! Bezkontaktní termografie 36

Biofyzikální ústav LF MU Termosnímky po kryoterapii (kryokomora). Bezkontaktní termografie 37

Biofyzikální ústav LF MU Termosnímky po kryoterapii (kryokomora). Bezkontaktní termografie 38

Biofyzikální ústav LF MU Jedna z četných otázek: A co černoši? Prostředí nízké zrcadlené teploty. Bezkontaktní termografie 39

Biofyzikální ústav LF MU Hliníková deska Zaschlý UZ gel, mast, indulona při pokojové teplotě. Zaschlý UZ gel, mast, indulona v zrcadlené T=-2 C. Celek stejná teplota detekována různá emisivita. Bezkontaktní termografie 40

Biofyzikální ústav LF MU Tepelné izolace tepelný most únik tepla Bezkontaktní termografie 41

Biofyzikální ústav LF MU Povrch emisivita Novikov, zaschlé, zrcadlená venkovní teplota Hydratační gel, zaschlé,... Bezkontaktní termografie 42

Biofyzikální ústav LF MU Povrch emisivita Zámková dlažba, noc, 12-13 C. Bezkontaktní termografie 43

Děkuji za pozornost! Bezkontaktní termografie 44