Aktivní termografie: Čo to je a na čom skutočne závisí její využitie

Termografie je všeobecne chápaná ako metóda bezkontaktného merania teploty povrchov pomocou infračerveného žiarenia. V tejto podobe sa jedná o tzv. pasívny termografii , kedy kamera iba zaznamená tepelné žiarenie, ktoré sám objekt vyzařuje v dôsledku svojej teploty. Existuje však aj iný prístup – aktívna termografie , ktorá nespolieha iba na prirodzené teplotné rozdiely, ale využíva regulované tepelné buzení objektu .

Podstatou aktívnej termografie nie je samotná absolútna teplota, ale časová odozva objektu na dodané teplo . Právě tato odezva nese o vnitřní struktuře materiálu a umožňuje zistiť vady, ktoré nie sú na povrchu viditelné.

Základný princíp aktívnej termografie

Aktívna termografie vychádza z obecného fyzikálneho charakteru: šírenie tepla v materiáli závisí na jeho vlastnostiach a vnútornej štruktúre . Ak je materiál homogénny, teplo sa v ňom šíri predvídateľným spôsobom. Jakákoli vnútorná nehomogenita – napríklad dutina, trhlina, iný materiál alebo zle spojené rozhranie – tento proces naruší.

V praxi aktívnej termografie leží objekt v tom, že je sledovaný zámer tepelne buzen , typicky mírným ohřevem. Tento ohrev nemusí byť výrazný – často sa jedná o zmeny teploty v poriadku jednotiek stupňov. Nakoniec sa pomocou termokamery sleduje, jak se teplota povrchu mění v čase .

Rozdiely v rýchlosti ohrevu alebo chladenia nie sú lacné. Sú dôsledkom toho, že teplo je vo vnútornej štruktúre objektu vedeno, akumulované alebo blokované rôzne. Aktivní termografie se tedy nesnaží „vidět dovnitř“ priamo, ale neprichádza z povrchovej odozvy usuzuje na deje prebiehajúci pod povrchom .

Prečo je nutné tepelné buzení

U pasívnej termografie je pozorovateľný kontrast v okolitých podmienkach – slnečným žiarením, prúdením vzduchu, vnútorným vykurovaním alebo prevádzkovým vonkajším zariadením. Ak tieto vplyvy nie sú dostatočné alebo sú nekontrolovateľné, vnútorné vady sa nemusia prejaviť vôbec.

Aktívna termografie tento problém rieši tým, že teplotné podmienky vytvára cielene a kontrolovaně . Vďaka tomu lze:

• vyvolat měřitelnou tepelnou odezvu iu jinak teplotně homogenních objektů,

• opakovať meranie za rovnakých podmienok,

• analyzovať nielen priestorové, ale aj časové správanie teploty.

Dôležité je, že nejde o „silné zahriatie“, ale o riadený podnet , ktorého intenzita je volena tak, aby sa neotvoril samotný objekt ani jeho vlastnosti.

Jak vnitřní vady ovlivňující teplotní odezvu

Vnitřní vady se z hlediska aktivní termografie projevují tím, že mění lokální tepelný tok . Typickým prípadom je vzduchová dutina alebo delaminácia. Vzduch má výrazne nižšiu tepelnú vodivosť než väčšina pevných materiálov, a preto predstavuje tepelnú bariéru.

Při ohřevu povrchu se teplo v místě takové vady šíří pomaleji do hloubky. Povrch nad vadou sa preto môže ohrievať rýchlejšie alebo naopak chladnúť rýchlejšie než okolie. U iných typov vad, napríklad vměstků materiálu s vyššou tepelnou vodivosťou, môže byť efekt opačný.

Kľúčové je, že rozdiely nie sú dané zvlášť , ale jej časovým vývojom . Aktivní termografie proto často pracuje s časovými analýzami záberov a ich následnou.

Čo možno aktívnych termografií reálne zistiť

Aktívna termografie je citlivá na vady, ktoré majú tepelný kontrast voči okolitému materiálu . Typicky sa jedná o:

• povinnosti a póry,

• praskliny a trhliny,

• odlepenie alebo delaminácia vrstiev,

• vmästky iného materiálu,

• korózia pod povrchom,

• nehomogenita v kompozitných materiáloch.

Je dôležité zdôrazniť, že hĺbka detekcie je obmedzená . Tepelné vedenie je difúzny proces a informácie o hlbokých štruktúrach na povrchu rýchlo rozmazáva. Aktivní termografie je preto nejúčinnejšia pre vady ležící relatívne blízko povrchu, typické v řádu milimetrov až centimetrov – v závislosti na materiáli a buzení.

Interpretace výsledkov a jej úskalí

Na rozdiel od bežného „termálneho snímku“ si vyžaduje aktívnu termografiu pečlivou interpretáciou . Povrchový teplotný kontrast nemusí vždy znamenat vadu – môže byť spôsobený napríklad nerovnomerným ohrevom, rozdielnou emisiou povrchu alebo prúdením vzduchu.

Správne použitie aktívnej termografie preto stojí na:

• vhodné volanie buzenia,

• znalosť materiálových vlastností objektu,

• časová analýza teplotného pole,

• kritické hodnotenie výsledkov.

Metoda sama o sebe „nedáva odpoveď“, ale poskytuje údaje , z ktorých možno pri správnom postupe vyviesť závery o vnútornej štruktúre.

Závěr

Aktívna termografie je fyzikálne dobre podložená metóda, ktorá využíva riadené tepelné buzení a následnú analýzu teplotných odozvov povrchu. Jej síla spočíva v tom, že umožňuje odhaľovať vnútorné vady materiálu bez ich porušenia .

Nejde o univerzálny nástroj, ale o metódu, ktorá pri správnom použití dokáže poskytnúť informácie, ktoré sú inými nedestruktívnymi technikami ťažko dostupnými. Základný princíp je pritom jednoduchý a všeobecne platný:
materiál s vnútornou vadou reaguje na tepelné buzení inak než materiál homogenní .