CONTROLUL CU RADIATII IN INFRAROSU

Facultatea IMST, CE 203, Splaiul Independentei nr. 313, 060042 Sector 6, București, Romania

gramalavinia10@gmail.com

Profesor indrumator: s.l.dr.ing. Stefan Constantin PETRICEANU

Nume : GRAMA Lavinia-Denisa

Grupa: 641 CB Subgrupa 2

2015-2016

1. Scopul lucrării

In cazut examinarii nedistructive cu infrarosu a cladirilor din Municipiul Brasov, vor fii luate in vedere defectele de structura, fisurile, crapaturile, eficienta energetica.

2. Descrierea teoretică a metodei

Termografia este utilizată de mult timp în industrie pentru monitorizarea regimurilor termice ale

instalaţiilor şi proceselor tehnologice. În ultimii ani, termografia a căpătat o importanţă deosebită

în activitatea de mentenanţă, în special în următoarele domenii: controlul periodic preventiv al

instalaţiilor electrice, pentru identificarea punctelor „calde” generate de conexiuni de rezistenţă

mare, a unor împământări necorespunzătoare, precum şi a circuitelor electrice în care apar

circulaţii anormale de puteri datorită dezechilibrelor sau suprasarcinilor; controlul

echipamentelor mecanice şi electrice, în asociere cu analiza vibraţiilor; controlul izolaţiei

termice.

Lumina soarelui cu tempertatura efectiva de 5,780 de grade Kelvin, este compusa din radiatie

termica ce este mai mult de jumatate radiatie infrarosie. La amiaza lumina soarelui produce o

iradiere de 1 kilowat pe metrul patrat la nivelul marii. Din aceasta energie 527 de wati este

radiatie infrarosie, 455 de wati este lumina vizibila si 32 de wati este radiatie ultravioleta.

La suprafata pamantului la temperaturi mult mai mici pe suprafata soarelui, aproape toate

radiatiile termice este formata din radiatie infrarosii pe diferite lungimi de unda. Din toate

fenomenele naturale doar fulgerul si focul este destul de puternic pentru a produce energie

vizibila.

Termenul de termografie îşi are originea în cuvintele greceşti thermos şi graphae:

Termografie = thermos (căld) + graphae (scriere)

Termografia în infraroşu este tehnica ce permite să se obţină, cu ajutorul unui echipament sau

aparat corespunzător, imaginea termică a unei scene termice observată într-un domeniu de

infraroşu.

Scena termică reprezintă partea de spaţiu (obiect) observabil cu ajutorul aparatelor sau

echipamentelor destinate termografiee în infraroşu.

Imaginea termică constă în repartiţia structurată a datelor reprezentative ale radiaţiei în infraroşu, ce

provin de pe o scenă termică.

Mecanismele de transfer de energie prin radiaţie Se consideră două elemente materiale S şi R

situate într-un mediu semi-transparent M. Transferul de energie prin radiaţie se realizează prin

următoarele fenomene:

-emisie termică – corpul S transformă o parte din căldura sa în radiaţie electromagnetică;

-transmisie – mediul M transmite total sau parţial radiaţia emisă de corpul S;

- reflexie sau difuziune – corpul R reflectă în mediul M o parte din radiaţia emisă de corpul S

care vine în contact cu suprafaţa sa;

-absorbţie termică – corpul R transformă în căldură o parte din radiaţia provenită de la corpul S.

Fenomenele de transfer menţionate anterior pot avea loc sau nu, în funcţie de natura corpului şi a

mediului de propagare, după cum urmează:

un material opac emite, reflectă şi absoarbe radiaţie, dar nu o transmite;

un corp negru emite şi absoarbe, dar nu reflectă şi nu transmite;

un gaz sau o flacără nu reflectă practic, dar emite, absoarbe şi transmite, deoarece sunt mediii

semi-transparente.

În spectrul electromagnetic, domeniul radiaţiei în infraroşu este cuprins în intervalul

0.7...100μm şi se divide în patru subdomenii:

-infraroşu inferior 0.7...2.4 μm;

- infraroşu mediu 2.4...5 μm;

- infraroşu superior 6...15 μm;

- infraroşu extrem 15...100 μm.

Tehnica măsurării:

fizica radiaţiilor;

optică;

termotehnică;

electronică analogică şi digitală;

prelucrare semnale electrice;

programare.

Radiația în infraroșu (IR) este o radiație electromagnetică a cărei lungime de undă este mai lungă

decât cea a luminii vizibile (400-700 nm), dar mai scurtă decât cea a radiației terahertz (100 μm -

1 mm) și a microundelor (~ 30000 μm). Majoritatea radiației termice emise de către obiectele

aflate la temperatura camerei este în infraroșu.

Energia în infraroșu este emisă sau absorbită de molecule atunci când se schimbă mișcările de

rotație - vibrație. Energia în infraroșu excita moduri de vibrație într-o moleculă printr-o

schimbare de dipol, făcându-l interval de frecvență util pentru studiul acestor stări energetice

pentru moleculele de simetrie corespunzătoare. Spectroscopia în infraroșu examinează absorbția

și transmiterea de fotoni în intervalul energetic infraroșu.

Radiațiile infraroșii sunt folosite în aplicații industriale , științifice sau medicale. Aparatele

pentru vedere nocturna folosind iluminatie infrarosie apropiata activa ofera observarea oamenilor

si animalelor fara ca observantul sa fie detectat. Astronomia in infrarosu foloseste senzori

echipati pe telescoape pentru a trece prin regiunile greu vizibile din spatiu precum norii

moleculari, mai sunt folositi pentru a detecta noi planete sau pentru a detecta traiectoria

obitectelor in spatiu. Camerele cu detectoare infrarosii sunt folosite pentru a detecta pierderea de

caldura din sisteme izolate, pentru a observa schimbarile de traiectorie a sangelui in corpul uman

si pentru a detecta aparate electrice care se supraincalzesc.

2.1. Definirea si relatia cu spectrul electromagnetic

Radiatia infrarosie este un tip de radiatie electromagnetica ca si undele radio, radiatia ultavioleta,

razele X sau microundele. Lumina infrarosie apartine spectrului electromagnetic, fiind invizibila

ochiului uman insa oamenii o pot simti ca si caldura. Orice cu temperatura de peste 5 grade

Kelvin (-450 de grade Fahrenheit sau -268 de grade Celsius) emite radiatie infrarosie. Conform

Agentiei de Protectie a Mediului, un simpu bec converteste 10% din energia electrica in lumina

vizibila si 90% in radiatie infrarosie.

Radiatia infrarosie incepe la marginea vizibila a spectrului, mai exact de la extremitatea culorii

rosii de la 700 nanometri (nm) pana la 1mm. Aceasta limita de lungime de unda corespunde

frecventei cuprinse intre 430 THz pana la 300GHz, la limita inferioara a acestui spectru se afla

portiunea de inceput a microundelor.

Spectrul electromagnetic

Nume Lungime de unda Frecventa (Hz) Energia fotonica (eV)

Raze Gama mai mici de 0.01 nm peste 30 EHz 124 keV – 300+ Gev

Raze X 0.01 nm – 10 nm 30 EHz -30 PHz 124 eV – 124 keV

Ultraviolet 10 nm – 380 nm 30 PHz -790 THz 3.3 eV -124 eV

Vizibil 380 nm -700 nm 790 THz- 430 Thz 1.7 eV – 3.3 eV

Infrarosu 700 nm – 1mm 430Thz -300 GHz 1.24 meV -1.7 eV

Microunde 1 mm – 1 metru 300 GHz – 300 MHz 1.24 ueV – 1.24 meV

Radio 1mm – 100000 km 300GHz – 3Hz 12.4 fev- 1.24 meV

Infrarosu natural

Lumina soarelui cu tempertatura efectiva de 5,780 de grade Kelvin, este compusa din radiatie

termica ce este mai mult de jumatate radiatie infrarosie. La amiaza lumina soarelui produce o

iradiere de 1 kilowat pe metrul patrat la nivelul marii. Din aceasta energie 527 de wati este

radiatie infrarosie, 455 de wati este lumina vizibila si 32 de wati este radiatie ultravioleta.

La suprafata pamantului la temperaturi mult mai mici pe suprafata soarelui, aproape toate

radiatiile termice este formata din radiatie infrarosii pe diferite lungimi de unda. Din toate

fenomenele naturale doar fulgerul si focul este destul de puternic pentru a produce energie

vizibila.

Regiunile din infrarosu

In general, obiectele emit radiatie infrarosie pe tot spectrul lungimii de unda, dar uneori doar o

regiune limitata a spectrului produce interes deoarece senzorii pot colecta radiatii doar dintr-o

lungime de banda specifica. Radiatia termica infrarosie are o emisie maxima pe lungimea sa de

unda si este invers proportionala cu temperatura absoluta a obiectului conform legii de distributie

a lui Wien, de aceea banda infrarosie este subdivizata in regiuni mai mici.

Nume AbreviereLungime de unda

FrecventaEnergie fotonica

Caracteristici

Infrarosu apropiat

NIR, IR-A DIN

0.75-1.4 um 214-400 THz

886-1653 meV

Utilizata la comunicatiile prin fibra optica datorita pierderilor mici in cazul atenuarii

Lungime de undă scurtă

SWIR, IR-B DIN

1.4-3 um 100-214 THz

413-886 meV

Utilizata in telecomunicatiile pe distante lungi

Lungime de

undă medie

MWIR, IR-C

DIN(IIR)3-8 um

37-100 THz

155-413 Utilizari in domeniul militar pentru rachetele ghidate cu senzori de caldura

Lungime de undă lungă

LWIR, IR-C DIN

8-15 um 20-37 THz 83-155 meV

Zona în care senzorii pot obține imagini cu obiecte care emit radiații cu o temperatură puțin mai mare decât temperature camerei.

Lungime de undă foarte lungă

FIR 15-1000 um 0.3-20 THz 1.2-83 meV Utilizari in medicina si astronomie.

2.2 Unde electromagnetice

Undele electromagnetice sau radiația electromagnetică sunt fenomene fizice in general naturale, care constau dintr-un camp electric și unul magnetic in același spațiu, și care se generează reciproc pe măsură ce se propagă.

Interacţiunile dintre corpurile electrizate a căror stare de electrizare este stabilă în

timp poartă numele de interacţiuni electrice.

În cazul în care se realizează transferul stării de electrizare dintr-o regiune a

corpului în alta, sau în cazul în care un corp electrizat suferă o deplasare, apare un nou tip

de interacţiune pe care o numim interacţiune magnetică.

În general, cele două interacţiuni prezentate anterior sunt simultan prezente,

constituind împreună interacţiunea electromagnetică. Studiul interacţiunilor

electromagnetice a arătat că acestea se propagă din aproape în aproape cu viteză finită,

egală cu viteza luminii în mediul respectiv. Suportul material care asigură transmiterea

acestor interacţiuni în spaţiu, ocupat sau neocupat de substanţă, îl constituie câmpul

electromagnetic. Starea locală a câmpului electromagnetic este descrisă de vectorii H

-

intensitate câmp magnetic şi E

- intensitate câmp electric.

Existenţa undelor electromagnetice a fost demonstrată de către Heinrich Hertz

(1857-1894) în anul 1887. El a reuşit să determine viteza de propagare a undelor

electromagnetice şi a pus în evidenţă printr-o serie de experimente proprietăţile acestora.

Hertz a demonstrat faptul că undele electromagnetice sunt similare undelor luminoase,

acestea din urmă fiind de fapt o categorie de unde electromagnetice.

Aparatul utilizat de Hertz pentru generarea undelor electromagnetice este prezentat

în figura 10.1. Acesta este de fapt un circuit oscilant LC serie format dintr-o bobină de

inducţie şi un condensator. Rolul condensatorului este jucat de două sfere identice aflate

în aer la o distanţă mică una de alta. Bobina de inducţie are rolul de a forma pulsuri scurte

de tensiune care fac ca alternativ una din sfere să fie încărcată pozitiv, iar cealaltă

negativ. Atunci când intensitatea câmpului electric dintre cele două sfere depăşeşte

valoarea de străpungere a aerului ( E= 3x106 V/m) între sfere se generează o scânteie.

Acest lucru se va produce deoarece în câmpuri electrice electronii liberi acceleraţi

primesc o energie suficientă pentru a ioniza moleculele din aer pe care le ciocnesc.

Procesul de ionizare furnizează mai mulţi electroni care la rândul lor produc noi ionizări.

Astfel, aerul dintre cele două sfere este ionizat şi devine un bun conductor. Descărcarea

electronilor devine un fenomen oscilator de frecvenţă înaltă. Presupunem că circuit LC

considerat are inductanţa L datorată bobinei şi capacitatea C datorată condensatorului.

Deoarece L şi C au valori mici, frecvenţa de oscilaţie a circuitului este de ordinul a 100

Hz şi se calculează cu formula.

Receptorul de unde electromagnetice este constituit dintr-o spiră (un circuit oscilant unde

condensatorul are plăcile depărtate). Prin ajustarea formei receptorului se obţine o

scânteie între electrozii acestuia atunci când frecvenţa proprie de oscilaţie a receptorului

devine egală cu cea a generatorului.

Hertz a realizat o serie de experienţe (reflexie, difracţie, interferenţă, polarizare)

prin care a pus în evidenţă proprietăţile undelor electromagnetice. El a măsurat viteza de

propagare a acestor unde. Prin reflexia undelor electromagnetice pe o placă metalică,

Hertz a obţinut unde staţionare, după care a măsurat distanţa dintre noduri determinând

astfel lungimea lor de undă. Utilizând relaţia λ=cT (4.7), Hertz a găsit viteza undelor

electromagnetice .

Spre deosebire de undele mecanice, undele electromagnetice nu au nevoie de un

mediu pentru a se propaga.