Υπέρυθρη θερμογραφική απεικόνιση Αρχή λειτουργίας Εφαρμογές

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Υπέρυθρη θερμογραφική απεικόνιση Αρχή λειτουργίας Εφαρμογές"

Μέδουσα Ἰοκάστη Πρωτονοτάριος
5 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Υπέρυθρη θερμογραφική απεικόνιση Αρχή λειτουργίας Εφαρμογές

2 Διάδοση θερμότητας o Αγωγή o Μεταφορά o Ακτινοβολία

3 Ενέργεια ανά μονάδα επιφάνειας (j) που εκπέμπεται από μέλαν σώμα θερμοκρασίας Τ j=σt 4, σ= 5, Wm -2 K -4 Ισχύς που εκπέμπεται από μη μέλαν σώμα Νόμος των Stefan - Boltzmann P=AεσT 4 όπου ε η εκπεμψιμότητα που εξαρτάται από τη φύση της επιφάνειας του υλικού.

4 Περιγραφή της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από μέλαν σώμα σε θερμική ισορροπία, σε συγκεκριμένη θερμοκρασία Β λ λ, Τ = 2hc2 λ 5 1 e hc λκ β Τ 1 Βλ (Wsr -1 m -3 ), κ β : σταθερά Boltzmann, h:σταθερά Planck, c: ταχύτητα του φωτός

6 Ολική ισχύς ακτινοβολίας στην θερμοκάμερα W tot = ετw obj + 1 ε τw amb + (1 τ)w atm Όπου ε η εκπεμψιμότητα του υπό μελέτη αντικειμένου, τ ο συντελεστής διάδοσης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα Ο πρώτος όρος αφορά το αντικείμενο, ο δεύτερος ανάκλαση από άλλες πηγές στο οπτικό πεδίο και ο τρίτος εκπομπή από την ατμόσφαιρα

9 Βολόμετρο: Μέτρηση ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας μέσω της θέρμανσης ενός υλικού που η αντίστασή του εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Χαμηλή ευαισθησία Μεγάλος χρόνος απόκρισης (12msec) Κβαντικοί ανιχνευτές: Λειτουργία βάσει φωτοηλεκτρικού φαινομένου (διέγερση ηλεκτρονίων αλλαγή στην αγωγιμότητα, την ένταση ρεύματος ή την τάση) (χρόνος απόκρισης 1μsec) o Απαραίτητο σύστημα ψύξης

Διαδικασία βαθμονόμησης Συνήθεις τιμές θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας: 0,1-0,2 0 C, ακρίβεια ±1-2 0 C ή ±2% της απόλυτης θερμοκρασίας Για εξισορρόπηση

13 Διαδικασία βαθμονόμησης Συνήθεις τιμές θερμοκρασιακής διακριτικής ικανότητας: 0,1-0,2 0 C, ακρίβεια ±1-2 0 C ή ±2% της απόλυτης θερμοκρασίας Για εξισορρόπηση των διαφορών μεταξύ θερμογραφημάτων, σημείο με γνωστή θερμοκρασία και εκπεμψιμότητα Μέλαν σώμα Μαύρος κούφιος κύλινδρος Μέτρηση θερμοκρασίας με ψηφιακό θερμόμετρο

14 Τa: θερμοκρασία περιβάλλοντος T(b.b.): θερμοκρασία μέλανος σώματος με ψηφιακό θερμόμετρο T(b.b.-IR): θερμοκρασία μέλανος σώματος με τη θερμοκάμερα Δεν μπορούν να αποφευχθούν στοχαστικές διακυμάνσεις στις μετρήσεις (εξωτερικό περιβάλλον, εσωτερικές διακυμάσεις) Μπορούν να ελαχιστοποιηθούν τα συστηματικά σφάλματα

15 Θερμορυθμιστικό σύστημα: λειτουργεί σε υψηλό ρυθμό, ώστε η θερμοκρασία του σώματος να παραμένει μέσα σ ένα στενό εύρος τιμών Μηχανισμοί που ελέγχουν παραγωγή και απώλειες θερμότητας Θερμογένεση H: Μεταβολικός ρυθμός ηρεμίας (εξωτερική θερμοκρασία σε ουδέτερες τιμές) Παραγωγή ενέργειας όταν η εξωτερική θερμοκρασία είναι χαμηλότερη (ή ψηλότερη) από τις τιμές ηρεμίας. Μοντέλα διάδοσης θερμότητας o o o Σταθερή θερμοκρασία Χωρίς παραγωγή εξωτερικού έργου Πρώτος νόμος θερμοδυναμικής S=E-H±R±C±K H: παραγωγή θερμότητας από τον μεταβολισμό Ε: απώλειες θερμότητας λόγω εξάτμισης R, C, K: απώλεια ή πρόσθεση θερμότητας λόγω ακτινοβολίας, μεταφοράς ή αγωγής S: συνολική απώλεια ή πρόσθεση θερμότητας

16 Όπου ρ ti, C ti, Τ ti, k ti αντίστοιχα η πυκνότητα, η ειδική θερμότητα και η θερμική αγωγιμότητα του ιστού Τart η θερμοκρασία του αρτηριακού αίματος Ρ bl, C bl, W bl η πυκνότητα και ειδική θερμότητα του αίματος και ο ρυθμός αιμάτωσης ρ ti C ti T ti T = k ti T ti + ρ bl C bl W bl T art T ti + q m

17 Ανθρώπινο δέρμα: εκπομπή από 2-20μm, με κορύφωση στα 9-12μm, το 90% από 8-15μm. Συμπεριφέρεται ως μέλαν σώμα με συντελεστή εκπεμψιμότητας 0,98 Θερμοκρασία δέρματος: αλλαγές οφειλόμενες σε φλεγμονές από υποκείμενους ιστούς ή σε μεταβολή της αιματικής ροής λόγω κάποιας ανωμαλίας

18 Παθητική θερμογραφία: ποιοτική ή και ποσοτική ανάλυση επιφανειακής θερμοκρασίας αντικειμένων με διαφορετική θερμοκρασία από αυτή του περιβάλλοντος. Δυναμική θερμογραφία: εξωτερικό ερέθισμα για πρόκληση τοπικής μεταβολής θερμοκρασίας

19 Παράγοντες που πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη λήψη θερμογραφίας Σωστή εστίαση (focus) και επιλογή της σωστής απόστασης της κάμερας από το υπό εξέταση αντικείμενο: η κακή εστίαση και η μεγάλη απόσταση μπορούν να δώσουν μη ικανοποιητικές μετρήσεις Ρύθμιση του θερμοκρασιακού εύρους της φαινόμενης θερμοκρασίας: Η προσαρμογή του εύρους στην υπό εξέταση επιφάνεια και όχι ως προς το περιβάλλον (thermal tuning) έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση της ανιχνευσιμότητας προβληματικών περιοχών αφού αυξάνεται η αντίθεση (contrast) στην συγκεκριμένη επιφάνεια. Ο συντελεστής εκπομπής του υπό εξέταση αντικειμένου. Διαφορετικά υλικά έχουν διαφορετικά emissivities Τυχόν αντανακλάσεις από το περιβάλλον - γωνία λήψης θερμογραφίας.

20 Βασικά εργαλεία μιας θερμοκάμερας που βοηθούν στη σωστή ερμηνεία και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων Χρωματικές παλέτες (palettes) Οι χρωματικές παλέτες αναθέτουν διαφορετικά χρώματα για να επισημάνουν συγκεκριμένα επίπεδα φαινόμενης θερμοκρασίας. Για στόχους με μικρό θερμοκρασιακό εύρος απαιτούνται παλέτες υψηλής αντίθεσης Σημείο ή σταυρόνημα (spot) επιλέγεται για την μέτρηση της φαινόμενης θερμοκρασίας σε ακριβή σημεία πάνω στο θερμογράφημα Περιοχή (area) δίνει τη δυνατότητα στον χρήστη να απομονώσει περιοχές πάνω στο θερμογράφημα και να τις εξετάσει ξεχωριστά

21 Βασικά εργαλεία μιας θερμοκάμερας που βοηθούν στη σωστή ερμηνεία και αξιολόγηση των αποτελεσμάτων Ισόθερμη (isotherm) Μια ισόθερμη αντικαθιστά χρώματα της θερμοκρασιακής κλίμακας με ένα χρώμα που δημιουργεί αντίθεση δείχνοντας έτσι ένα διάστημα ίσης έντασης ακτινοβολίας (φαινόμενης θερμοκρασίας). Θερμικό προφίλ (line profile) Η θερμοκρασιακή κατανομή με τη μορφή καμπύλης κατά μήκος μιας γραμμής της εικόνας: κάθετης ή οριζόντιας διεύθυνσης. Ιστόγραμμα (histogram) Κατανομή της φαινόμενης θερμοκρασίας σε όλη την επιφάνεια της θερμικής εικόνας ή σε περιοχές ή κατά μήκος μιας γραμμής της εικόνας (θερμικό προφίλ - line profile)

22 Κακοήθης και καλοήθης βλάβη του δέρματος: Δυναμική θερμογραφία με τοπική ψύξη της περιοχής

23 Θερμογράφημα του 1995 ( pixels) και του 2011 ( pixels) Θερμογράφημα του 1990 ( pixels) και του 2011 ( pixels)

24 Πρωτόκολλα Πανεπιστήμιο Glamorgan (από το 2001): Ατλας κλινικής θερμογραφίαςβάση δεδομένων φυσιολογικού εύρους θερμοκρασιών ανθρώπινου σώματος.

25 Εφαρμογές Αρθρίτιδα: Παρακολούθηση ανταπόκρισης σε θεραπεία και εξέλιξης της νόσου Οστεοαρθρίτιδα Complex Regional Pain Syndrome Τραυματισμοί Περιφερικό κυκλοφοριακό σύστημα Σκανάρισμα για πυρετό Κακοήθειες o o Μαστός Μελάνωμα

βύθισης σε ζεστο νερό 20 0 C σε φυσιολογικό (Α) και

26 Χρόνια φλεγμονή (Α), ρευματοειδής αρθρίτιδα (Β) Επαναφορά σε φυσιολογική θερμοκρασία μετά από 1 λεπτό βύθισης σε ζεστο νερό 20 0 C σε φυσιολογικό (Α) και σύνδρομο Raynaud, και σε πάσχοντες από τραυματισμό λόγω δόνησης (C και D)

Σχετικά έγγραφα

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ-2 Υ: ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ Ι ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ-2 Υ: ΜΗ ΚΑΤΑΣΤΡΟΦΙΚΟΙ ΕΛΕΓΧΟΙ ΥΠEΡΥΘΡΗ ΘΕΡΜΟΓΡΑΦΙΑ Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης Πολυτεχνική Σχολή Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης Τομέας Υλικών, Διεργασιών και