RU2751122C1 - Method for thermal control of the state of the object - Google Patents
Method for thermal control of the state of the object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2751122C1 RU2751122C1 RU2020139367A RU2020139367A RU2751122C1 RU 2751122 C1 RU2751122 C1 RU 2751122C1 RU 2020139367 A RU2020139367 A RU 2020139367A RU 2020139367 A RU2020139367 A RU 2020139367A RU 2751122 C1 RU2751122 C1 RU 2751122C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- emissivity
- temperature
- reference material
- value
- calibration sample
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 41
- 239000012925 reference material Substances 0.000 claims abstract description 28
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 27
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 8
- 241001465754 Metazoa Species 0.000 claims description 6
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 5
- 239000011505 plaster Substances 0.000 claims description 5
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 claims description 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims description 3
- 238000009835 boiling Methods 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 18
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 19
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 9
- 201000010099 disease Diseases 0.000 description 9
- 208000037265 diseases, disorders, signs and symptoms Diseases 0.000 description 9
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 6
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 5
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 208000031295 Animal disease Diseases 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 208000001528 Coronaviridae Infections Diseases 0.000 description 1
- 241000282412 Homo Species 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000036760 body temperature Effects 0.000 description 1
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005352 clarification Methods 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000002405 diagnostic procedure Methods 0.000 description 1
- 210000001061 forehead Anatomy 0.000 description 1
- 238000007429 general method Methods 0.000 description 1
- 231100001261 hazardous Toxicity 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000000053 physical method Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N thiabendazole Chemical compound S1C=NC(C=2NC3=CC=CC=C3N=2)=C1 WJCNZQLZVWNLKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
- G01J5/0003—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry for sensing the radiant heat transfer of samples, e.g. emittance meter
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K13/00—Thermometers specially adapted for specific purposes
- G01K13/20—Clinical contact thermometers for use with humans or animals
- G01K13/223—Infrared clinical thermometers, e.g. tympanic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/72—Investigating presence of flaws
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для оценки состояния сложных пространственных конструкций, в частности, строительных конструкций, конструкций из полимерных композиционных материалов (ПКМ) - пространственных сетчатых конструкций из ПКМ: отсеков космических аппаратов, ракетных двигателей, трубопроводов, герметичных сосудов - как в реальных условиях эксплуатации (ветровые нагрузки, климатические факторы), так и при нагружении оъектов статической, динамической или тепловой нагрузкой. Изобретение найдет применение для бесконтактного измерения температуры тела человека и животных.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to assess the state of complex spatial structures, in particular, building structures, structures made of polymer composite materials (PCM) - spatial mesh structures made of PCM: spacecraft compartments, rocket engines, pipelines, sealed vessels - both in real operating conditions (wind loads, climatic factors) and when objects are loaded with static, dynamic or thermal loads. The invention will find application for non-contact measurement of the body temperature of humans and animals.
Особенностью таких технологий контроля в настоящее время является то, что заключение о результатах контроля осуществляется, как правило, на основе специальной математической обработки точного (не относительного) значения температуры. Температура измеряется бесконтактным способом посредством специальной термографической (тепловизионной техники) по поверхности контролируемого объекта. В процессе измерения изначально величина коэффициента излучения поверхности контролируемого объекта априори неизвестна, либо известна с достаточно большой погрешностью (как правило эта величина определяется на основании справочных таблиц, погрешность которых неизвестна). Это приводит к большой погрешности при измерения температуры и, как следствие, может привести к недостоверному заключению о состоянии обследуемого объекта.A feature of such control technologies at the present time is that the conclusion about the control results is carried out, as a rule, on the basis of special mathematical processing of the exact (not relative) temperature value. The temperature is measured in a non-contact way by means of a special thermographic (thermal imaging technique) over the surface of the controlled object. In the process of measurement, initially the value of the emissivity of the surface of the controlled object is a priori unknown, or it is known with a sufficiently large error (as a rule, this value is determined on the basis of reference tables, the error of which is unknown). This leads to a large error in measuring the temperature and, as a consequence, can lead to an unreliable conclusion about the state of the inspected object.
Особенно эффективно применение изобретения при:The application of the invention is especially effective when:
- диагностике заболеваний по температурным полям пациентов в реальном времени их перемещения (в метро, торговых центрах, стадионах и т.п.), больница, клиниках, т.е. диагностике, где исходным основным информационным параметрам является температура. При повышении температуры кожного покрова пациента больше некоторого порогового значения делается заключение о наличии заболевания. Чем меньше погрешность измерения температуры, тем большую достоверность имеет заключение о наличии или отсутствии заболевания.- diagnostics of diseases by temperature fields of patients in real time of their movement (in the subway, shopping centers, stadiums, etc.), hospital, clinics, i.e. diagnostics, where the initial basic information parameters are temperature. When the temperature of the patient's skin rises above a certain threshold value, a conclusion is made about the presence of the disease. The smaller the error in temperature measurement, the greater the reliability of the conclusion about the presence or absence of the disease.
- испытании потенциально опасных и дорогих в изготовлении конструкций, к которым с одной стороны предъявляются высокие требования по надежности эксплуатации, а с другой стороны они являются дорогими и трудоемкими в изготовлении для испытания методами разрушающего контроля, т.е. для разрушения. Здесь требуется определить потенциально опасные места (узлы конструкции), которые в первую очередь могут разрушиться (вследствие наличия дефектов, пониженной прочности или других причин) при нагрузках, что может привести к авариям и которые необходимо укреплять.- testing of potentially dangerous and expensive structures to manufacture, to which, on the one hand, high requirements are imposed on the reliability of operation, and on the other hand, they are expensive and time-consuming to manufacture for testing by methods of destructive control, i.e. for destruction. Here it is required to identify potentially dangerous places (structural units), which, first of all, can collapse (due to the presence of defects, reduced strength or other reasons) under loads, which can lead to accidents and which must be strengthened.
При этом применяемые в настоящее время специальные математические методы снижения погрешности измерения температуры являются малоэффективными. Это связано с тем, что главным фактором, влияющим на погрешность измерения температуры бесконтактным способом является излучательная способность контролируемой поверхности (коэффициент излучения). Таким образом очевидно, что повышать точность изначально неправильно измеренного параметра занятие бесперспективное.At the same time, the currently used special mathematical methods for reducing the temperature measurement error are ineffective. This is due to the fact that the main factor affecting the non-contact temperature measurement error is the emissivity of the controlled surface (emissivity). Thus, it is obvious that increasing the accuracy of an initially incorrectly measured parameter is futile.
Таким образом, является актуальной задача повышение точности измерения температуры контролируемой поверхности бесконтактным способом путем предварительного точного определения коэффициента излучательной способности поверхности контролируемого объекта.Thus, there is an urgent problem of increasing the accuracy of measuring the temperature of the controlled surface by a non-contact method by preliminary accurate determination of the emissivity of the surface of the controlled object.
Уровень техникиState of the art
Масштабное распространение короновирусной инфекции, падение, в связи с этим объемов промышленного производства, приводит к необходимости создания и широкомасштабного внедрения новых достоверных методов диагностики заболевания. Такие методы должны позволять диагностировать заболевание в реальных условиях проживания и работы людей. Очевидно, что методы диагностирования, основанные на химических анализах, этим условиям не удовлетворяют. Одним из перспективных инструментальных методов является диагностика заболеваний по температурным полям кожного покрова людей в реальном времени их перемещения (в метро, торговых центрах, стадионах), больница, клиниках, т.е. диагностика, где исходным основным информационным параметрам является температура.The large-scale spread of coronavirus infection, the fall, in connection with this, the volume of industrial production, leads to the need for the creation and large-scale implementation of new reliable methods for diagnosing the disease. Such methods should make it possible to diagnose the disease in real living and working conditions of people. It is obvious that diagnostic methods based on chemical analyzes do not satisfy these conditions. One of the promising instrumental methods is the diagnosis of diseases by the temperature fields of the skin of people in real time of their movement (in the metro, shopping centers, stadiums), hospitals, clinics, i.e. diagnostics, where the initial basic information parameters are temperature.
При повышении температуры кожного покрова пациента больше некоторого порогового значения делается заключение о наличии заболевания. Чем меньше погрешность измерения температуры, тем большую достоверность имеет заключение о наличии или отсутствии заболевания.When the temperature of the patient's skin rises above a certain threshold value, a conclusion is made about the presence of the disease. The smaller the error in temperature measurement, the greater the reliability of the conclusion about the presence or absence of the disease.
Бесконтактные измерения температурного поля поверхности осуществляются посредством специальной термографический (тепловизионной) технике, основанной на регистрации и обработке инфракрасного излучения. Данные приборы позволяют измерять температуру поверхности с погрешностью, ориентировочно, 1 град. (при этом не следует путать эти данные с разрешающей способностью контактных методов измерения температуры, которая может составлять 0,05 град.). Эта погрешность увеличивается и за счет погрешности, вносимой излучательной способностью поверхности, если ее заранее не определить и не учесть при проведении измерений.Non-contact measurements of the surface temperature field are carried out using a special thermographic (thermal imaging) technique based on the registration and processing of infrared radiation. These devices allow you to measure the surface temperature with an error of approximately 1 degree. (at the same time, these data should not be confused with the resolution of contact methods for measuring temperature, which can be 0.05 degrees). This error also increases due to the error introduced by the emissivity of the surface, if it is not determined in advance and is not taken into account when making measurements.
Перспективным направлением в современной технике является использование новых строительных конструкций, конструкций из полимерных композиционных материалов, обладающих рядом преимуществ перед традиционными материалами - металлами, особенно в авиакосмической отрасли, машиностроении, энергетике и др. Такие материалы требуют особого подхода, новых решений при разработке и создании методов и средств оценки надежности их эксплуатации. Это вызвано большим разнообразием видов таких материалов, специфическими особенностями конструкций из них и технологией изготовления, а также случайным изменением физико-механических и прочностных характеристик, большим разнообразием типов дефектов, возникающих в процессе изготовления.A promising direction in modern technology is the use of new building structures, structures made of polymer composite materials, which have a number of advantages over traditional materials - metals, especially in the aerospace industry, mechanical engineering, energy, etc. Such materials require a special approach, new solutions in the development and creation of methods and means of assessing the reliability of their operation. This is due to a wide variety of types of such materials, specific features of their structures and manufacturing technology, as well as random changes in physical, mechanical and strength characteristics, a wide variety of types of defects arising in the manufacturing process.
Кроме того, эти материалы в большинстве отраслей промышленности работают в условиях статических и динамических нагрузок.In addition, these materials in most industries operate under static and dynamic loads.
Повысить качество конструкций невозможно без достоверной оценки критериев качества. Соответственно невозможна разработка мероприятий и технологий по повышению качества конструкций. Одним из признаков качества конструкций является наличие концентраторов напряжений и дефектов типа нарушений сплошности, которые, как правило, образуются в местах пониженной прочности, либо в материале, имеющем нарушения сплошности (нарушение структуры).It is impossible to improve the quality of structures without a reliable assessment of quality criteria. Accordingly, it is impossible to develop measures and technologies to improve the quality of structures. One of the signs of the quality of structures is the presence of stress concentrators and defects such as discontinuities, which, as a rule, are formed in places of reduced strength, or in a material that has discontinuities (structural disruption).
Учитывая, что такие конструкции, как правило, являются дорогими в стоимостном выражении и трудоемкими в изготовлении, необходимо с одной стороны каждую конструкцию подвергать испытанию на предмет соответствия ее прочностных характеристик требуемым, а с другой стороны, эти испытания должны минимально «травмировать» конструкцию при максимальной информативности результатов испытаний.Considering that such structures, as a rule, are expensive in terms of cost and laborious to manufacture, it is necessary, on the one hand, each structure to be tested for compliance with its strength characteristics required, and on the other hand, these tests should minimize the "trauma" of the structure with maximum informativeness of test results.
Это противоречие решается путем применения специальных технологий теплового контроля, основанных на анализе точных значений температур динамических температурных полей, образующихся при «слабом» нагружении объектов силовыми, тепловыми и др. нагрузками. При этом, чем точнее измерена температура, тем достовернее будут результаты контроля.This contradiction is resolved through the use of special technologies for thermal control based on the analysis of the exact values of the temperatures of the dynamic temperature fields, which are formed during the "weak" loading of objects by force, thermal and other loads. Moreover, the more accurately the temperature is measured, the more reliable the control results will be.
Износ основных фондов и технического оборудования, снижение качества материала и другие подобные причины приводит к снижению надежности эксплуатации конструкций.The deterioration of fixed assets and technical equipment, a decrease in the quality of the material and other similar reasons lead to a decrease in the reliability of the operation of structures.
Например, усталость материалов, особенности технологии их изготовления и наруушения технологий производства, отсутствие учета факторов реальной эксалуатации приводят к возникновению остаточных внутренних напряжений, которые вызывают нарушение сплошности и, в конечном итоге, приводят к разрушению материала и конструкции.For example, fatigue of materials, features of their manufacturing technology and disruption of production technologies, lack of consideration of the factors of real exploitation lead to the occurrence of residual internal stresses, which cause discontinuity and, ultimately, lead to the destruction of the material and structure.
Это явление широко описано в литературе. В последнее время принят ряд программ, направленных на исправление ситуации: модернизация производств, повышение качества материалов. Однако полное решение данных задач в настоящее время затруднено по финансовым причинам.This phenomenon is widely described in the literature. Recently, a number of programs have been adopted aimed at correcting the situation: modernizing production facilities, improving the quality of materials. However, the complete solution of these problems is currently difficult for financial reasons.
В этой связи большое значение приобретают неразрушающие методы контроля и диагностики по температурным полям объекта. Они позволяют объективно определять фактическое состояние конструкции, оценивать надежность их эксплуатации и давать рекомендации по ремонту или восстановлению.In this regard, non-destructive methods of control and diagnostics based on the temperature fields of the object are of great importance. They allow you to objectively determine the actual state of the structure, assess the reliability of their operation and give recommendations for repair or restoration.
Известен ряд технологий теплового контроля, см. патенты РФ №№2537520, 2539127, 2608491, 2616438, 2623700. 2633288. 2644031, 2648552, 2663414. 2673773, 2686498, 2683436, 2690033.A number of thermal control technologies are known, see RF patents Nos. 2537520, 2539127, 2608491, 2616438, 2623700.2633288.2644031, 2648552, 2663414.2673773, 2686498, 2683436, 2690033.
Общий недостаток существующих технологий заключается в следующем.The general drawback of existing technologies is as follows.
Заключение о результатах теплового контроля осуществляется на основании измеренных значений динамического температурного поля - при этом, чем точнее измерены значения температуры поверхности контролируемого объекта, тем достовернее будет результат теплового контроля.The conclusion about the results of thermal control is carried out on the basis of the measured values of the dynamic temperature field - in this case, the more accurately the values of the surface temperature of the controlled object are measured, the more reliable the result of thermal control will be.
Под тепловым контролем понимается метод бесконтактного (неразрушающего) контроля, в котором информационным параметром является значение температуры поверхности контролируемого объекта.Thermal control is understood as a method of non-contact (non-destructive) control, in which the information parameter is the value of the surface temperature of the controlled object.
Контролируемый объект - это технический или биологический объект с неизвестным коэффициентом излучения.The monitored object is a technical or biological object with an unknown emissivity.
Под образцовым материалом понимают материал, который наклеивают сначала на калибровочный образец, а потом на контролируемую поверхность.A reference material is understood to mean a material that is first adhered to a calibration sample and then to a test surface.
Как известно, погрешность измерения температуры температурного поля существенным образом зависит от знания точного значения величины коэффициента излучения поверхности контролируемого объекта: чем точнее известно значение коэффициента излучения, тем меньше погрешность измеряемой температуры.As you know, the error in measuring the temperature of the temperature field essentially depends on the knowledge of the exact value of the emissivity of the surface of the controlled object: the more accurately the value of the emissivity is known, the smaller the error of the measured temperature.
Однако в известных технологиях теплового контроля величина коэффициента излучения поверхности достоверно не определяется, что не позволяет измерять точное значение температуры поверхности объекта и, соответственно, делать достоверное заключение о состоянии объекта по результатам его теплового контроля.However, in the known technologies of thermal control, the value of the surface emissivity is not reliably determined, which does not allow measuring the exact value of the object surface temperature and, accordingly, making a reliable conclusion about the state of the object based on the results of its thermal control.
На сегодняшний день имеется актуальная потребность в создании способа точного измерения температуры в реальных условиях контроля для достоверной диагностики технического состояния реальных сложных объектов по результатам теплового контроля, который может применяться на практике для широкого круга объектов с использованием простого и точного оборудования.Today, there is an urgent need to create a method for accurate temperature measurement under real control conditions for reliable diagnostics of the technical state of real complex objects based on the results of thermal control, which can be applied in practice for a wide range of objects using simple and accurate equipment.
Наиболее близкими техническим решением к представляемому изобретению являются способ, охарактеризованный в ГОСТ Р ИСО 18434-1-2013 Контроль состояния и диагностика машин. Термография. Часть 1. Общие методы.The closest technical solution to the presented invention is the method described in GOST R ISO 18434-1-2013 Condition monitoring and diagnostics of machines. Thermography.
В известном способе (ГОСТ Р ИСО 18434-1-2013) описано определение коэффициента излучения контролируемой поверхности перед проведением теплового контроля, которое включает следующие действия:The known method (GOST R ISO 18434-1-2013) describes the determination of the emissivity of the controlled surface before thermal control, which includes the following steps:
- измерение бесконтактным термографом температуры поверхности обследуемого объекта Т(εк), здесь εк - коэффициент излучения поверхности исследуемого объекта,- measurement by a non-contact thermograph of the surface temperature of the examined object T (ε k ), here ε k is the emissivity of the surface of the investigated object,
- нанесение образцового материала с коэффициентом излучения ε0>0,7 на поверхность обследуемого объекта,- application of an exemplary material with an emissivity ε 0 > 0.7 on the surface of the inspected object,
- измерение температуры бесконтактным термографом поверхности образцового материала T0(ε0),- measurement of temperature by a non-contact thermograph of the surface of a reference material T 0 (ε 0 ),
- определение коэффициента излучения поверхности исследуемого объекта εк путем решения уравнения:- determination of the emissivity of the surface of the object under study ε k by solving the equation:
Т(εк)=Т0(ε0),Т (ε к ) = Т 0 (ε 0 ),
- проводят тепловой контроль с использованием измеренного коэффициента излучения контролируемого материала,- carry out thermal control using the measured emissivity of the controlled material,
Недостатки такого способа очевидны: в настоящее время отсутствуют материалы с точно известным коэффициентом излучения. Обычно предлагаются к использованию материалы с диапазоном коэффициента излучения, например, ε≥0,7. Считается, что в этом диапазоне погрешность будет незначительная и для практики ошибка будет вполне приемлема. Однако для точных технологий диагностики состояния объекта по температурным полям (тепловой контроль) такие погрешности недопустимы - возникает большая погрешность в получаемых результатах контроля. Метод не является универсальным, т.е. не используется для контроля состояния живых объектов.The disadvantages of this method are obvious: there are currently no materials with a precisely known emissivity. Usually, materials with a range of emissivity, for example, ε≥0.7, are offered for use. It is believed that in this range the error will be insignificant and for practice the error will be quite acceptable. However, for precise technologies for diagnosing the state of an object by temperature fields (thermal control), such errors are unacceptable - there is a large error in the obtained control results. The method is not universal, i.e. not used to monitor the state of living objects.
Поэтому встала задача разработки точного и оперативного метода определения коэффициента излучения поверхности контролируемого объекта перед проведением его теплового контроля или в процессе проведения теплового контроля.Therefore, the task arose to develop an accurate and prompt method for determining the emissivity of the surface of the controlled object before carrying out its thermal control or in the process of conducting thermal control.
Принципиально подход к решению задач определения качества/состояния объектов по анализу температурных полей (для определения заболеваний человека или животного, определения и локализации областей концентрации внутренних напряжений технических объектов и вызванных ими дефектов типа нарушений сплошности (например, трещин) стал возможен с развитием аппаратных средств диагностики, основанных на регистрации и анализе температурных полей поверхности.Fundamentally, the approach to solving problems of determining the quality / condition of objects by analyzing temperature fields (for determining human or animal diseases, determining and localizing areas of concentration of internal stresses of technical objects and defects caused by them, such as discontinuities (for example, cracks) became possible with the development of diagnostic hardware based on registration and analysis of surface temperature fields.
Наиболее значимые результаты появились в последнее десятилетие.The most significant results have emerged in the last decade.
Это связано, с появлением современной портативной тепловизионной техники, новых технологий контроля, нового математического аппарата, например,This is due to the emergence of modern portable thermal imaging equipment, new control technologies, a new mathematical apparatus, for example,
- О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, стр. 338-393, во-вторых, с созданием современного математического аппарата (там же, стр. 39-89),- IS HE. Budadin et al., Thermal non-destructive testing of products, M., Nauka, 2002, pp. 338-393, secondly, with the creation of a modern mathematical apparatus (ibid., Pp. 39-89),
- Будадин О.Н., Вавилов В.П., Абрамова Е.В. Тепловой контроль. Диагностика безопасности. Под общей редакцией академика РАН Клюева В.В. - М.: Издательский дом Спектр, 2011, 171 с.- Budadin O.N., Vavilov V.P., Abramova E.V. Thermal control. Security diagnostics. Under the general editorship of Academician V.V. Klyuev, RAS - M .: Publishing house Spektr, 2011, 171 p.
- Барынин В.А.. Будадин О.Н., Кульков А.А. Современные технологии неразрушающего контроля конструкций из полимерных композиционных материалов. - М.: Издательский дом Спектр, 2013, 242 с с илл.- Barynin V. A. Budadin O. N., Kulkov A. A. Modern technologies for non-destructive testing of structures made of polymer composite materials. - M .: Publishing house Spektr, 2013, 242 with ill.
- Потапов А.И.. Сясько В.А., Будадин О.Н.. Сергеев С.С. Неразрушающие физические методы и средства контроля природной среды, материалов и изделий. Том 16. Применение тепловых методов неразрушающего контроля материалов и изделий. - СПб.: Политехника-принт. 2019. - 620 с. ISBN978-5-907050-83-9,- Potapov A.I .. Syasko V.A., Budadin O.N .. Sergeev S.S. Non-destructive physical methods and means of control of the natural environment, materials and products. Volume 16. Application of thermal methods for non-destructive testing of materials and products. - SPb .: Polytechnic-print. 2019 .-- 620 p. ISBN978-5-907050-83-9,
позволяющих осуществлять диагностику состояния объекта, решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения аномалий) к дефектометрии (распознавание характеристик аномалий в т.ч. оценки качества и остаточного ресурса объектов).allowing to diagnose the state of an object, to solve direct and inverse problems of non-stationary heat transfer, which made it possible to switch from flaw detection (detection of anomalies) to defectometry (recognition of characteristics of anomalies, including assessing the quality and residual resource of objects).
Имеются неоднократные попытки решить эту проблему с помощью дефектоскопии различными методами - ультразвуковым, радиоволновым и т.п. Однако это не привело к желаемым результатам:There are repeated attempts to solve this problem with the help of flaw detection by various methods - ultrasonic, radio wave, etc. However, this did not produce the desired results:
Как правило, методы дефектоскопии позволяют обнаруживать макродефекты, в то время как нарушения снижение прочности может быть обусловлено, как правило, в основном, микородефектами (микротрещины, микропоры и т.п.), но и рядом других факторов, которые не поддаются обнаружению методами дефектоскопии: нарушением состава материала в процессе приложения силовых нагрузок, нарушением технологии изготовления и т.п.:As a rule, flaw detection methods allow detecting macrodefects, while violations of a decrease in strength can be caused, as a rule, mainly by microdefects (microcracks, micropores, etc.), but also by a number of other factors that cannot be detected by flaw detection methods. : violation of the composition of the material during the application of power loads, violation of manufacturing technology, etc .:
1. Микродефекты, которые обуславливают снижение надежности, в основном образуются в процессе нагружения контролируемой конструкции какими-либо нагрузками (силовыми статическими или динамическими, внутренним давлением для баллонов и др.), а методы дефектоскопии, в основном, не позволяют проводить неразрушающий контроль в процессе нагружения конструкций. Кроме того, это опасно с точки зрения техники безопасности, т.к. для проведения дефектоскопии конструкций около нее должен находиться оператор - дефектоскопист.1. Microdefects that cause a decrease in reliability are mainly formed in the process of loading the controlled structure with any loads (static or dynamic force, internal pressure for cylinders, etc.), and flaw detection methods, in general, do not allow non-destructive testing in the process loading of structures. In addition, it is dangerous from a safety point of view. to carry out flaw detection of structures, there must be an operator - flaw detector near it.
2. При контроле сложных пространственных структур, либо объектов, которые занимали не все поле обзора регистрирующей системы, наряду с информативными температурными полями регистрировались температурные помехи, которые значительно снижали достоверность результатов контроля, проводилось измерение температуры в условиях априорной недостаточности входных данных (например, отсутствие точного значения коэффициента излучения контролируемой поверхности).2. When monitoring complex spatial structures, or objects that did not occupy the entire field of view of the recording system, along with informative temperature fields, temperature noises were recorded, which significantly reduced the reliability of the control results, the temperature was measured in conditions of a priori insufficient input data (for example, the lack of accurate values of the emissivity of the tested surface).
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Изобретение направлено на решение задачи создания универсального и достоверного метода контроля состояния как технических, так и биологических объектов, который может использоваться дляThe invention is aimed at solving the problem of creating a universal and reliable method for monitoring the state of both technical and biological objects, which can be used for
- диагностики заболеваний человека или животного,- diagnostics of human or animal diseases,
- диагностики состояния технических объектов в т.ч. из строительных материалов, ПКМ и др., в процессе производства и в реальных условиях эксплуатации, в т.ч. в условиях изменения нагрузки, определении участков пониженной прочности, дефектных участков, в т.ч. участков с повышенными энергетическими потерями строительных конструкций (участков, не соответствующих нормативным документам), разработке рекомендаций для устранения дефектов или восстановления конструкции.- diagnostics of the state of technical objects, incl. from building materials, PCM, etc., in the production process and in real operating conditions, incl. in conditions of load changes, identification of areas of reduced strength, defective areas, incl. areas with increased energy losses of building structures (areas that do not comply with regulatory documents), the development of recommendations for eliminating defects or restoring the structure.
Т.е. в конечном итоге изобретение направлено на сохранение здоровья и безопасности человека, повышение безопасности эксплуатации сложных потенциально опасных конструкций и повышению их энергетической эффективности, находящихся под непрерывными или циклическими нагрузками (механическими, внутренним давлением, изменением температуры, ветровыми нагрузками и др.).Those. Ultimately, the invention is aimed at preserving human health and safety, improving the operational safety of complex potentially hazardous structures and increasing their energy efficiency under continuous or cyclic loads (mechanical, internal pressure, temperature changes, wind loads, etc.).
Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается в повышении достоверности контроля состояния обследуемого объекта за счет точного определения коэффициента излучения его поверхности (εк).The technical result achieved with the use of the invention consists in increasing the reliability of monitoring the state of the inspected object by accurately determining the emissivity of its surface (ε to ).
Для этого в известном способе дополнительно выполняют следующие действия:For this, in the known method, the following actions are additionally performed:
- перед началом теплового контроля выбирают калибровочный образец с температурой Тп,- before starting the thermal control, select a calibration sample with a temperature T p ,
- образцовый материал с коэффициентом излучения (ε0) наносят на поверхность калибровочного образца с температурой Тп,- an exemplary material with an emissivity (ε 0 ) is applied to the surface of a calibration sample with a temperature T p ,
- измеряют с помощью бесконтактного термографа температуру образцового материала Т(ε0) на поверхности калибровочного образца,- measure the temperature of the reference material T (ε 0 ) on the surface of the calibration sample using a non-contact thermograph,
- определяют значение коэффициента излучения образцового материала (ε0) нанесенного на калибровочную поверхность, решая уравнение- determine the value of the emissivity of the reference material (ε 0 ) applied to the calibration surface by solving the equation
Тп=Т(ε0),T p = T (ε 0 ),
- наносят образцовый материал на поверхность объекта,- apply an exemplary material to the surface of the object,
- в поле обзора бесконтактной термографической аппаратуры помещают поверхность объекта с нанесенным образцовым материалом с коэффициентом излучения (ε0),- in the field of view of contactless thermographic equipment, the surface of the object with the applied exemplary material with the emissivity (ε 0) is placed,
- измеряют температуру поверхности объекта с нанесенным образцовым материалом - Т(ε0),- measure the surface temperature of the object with the applied reference material - T (ε 0 ),
- измеряют температуру Т(εк) поверхности объекта вне нанесенного на нее образцового материала,- measure the temperature T (ε k ) of the object surface outside the sample material applied to it,
- с учетом значения коэффициента излучения образцового материала (ε0), нанесенного на объект, определяют значение коэффициента излучения поверхности (εк) объекта, решая уравнение Т(εк)=Т(ε0),- taking into account the value of the emissivity of the reference material (ε 0 ) applied to the object, determine the value of the emissivity of the surface (ε k ) of the object, solving the equation T (ε k ) = T (ε 0 ),
- измеряют температуру с использованием определенного значения коэффициента излучения поверхности (εк) объекта и проводят тепловой контроль объекта.- measure the temperature using a certain value of the emissivity of the surface (ε to ) of the object and conduct thermal control of the object.
Значение коэффициента излучения образцового материала (ε0), нанесенного на калибровочный образец, определяют, решая уравнение Тп=Т(ε0) графическим способом.The value of the emissivity of the reference material (ε 0 ) applied to the calibration sample is determined by solving the equation T p = T (ε 0 ) graphically.
Значение коэффициента излучения поверхности (εк) объекта определяют, решая уравнение Т(εк)=Т(ε0) графическим способом.The value of the emissivity of the surface (ε k ) of the object is determined by solving the equation T (ε k ) = T (ε 0 ) graphically.
Объект представляет собой одно из следующего: строительной конструкции, конструкции из полимерных композиционных материалов (ПКМ), пространственной сетчатой конструкции из ПКМ, отсека космического аппарата, ракетного двигателя, трубопровода, герметичного сосуда.The object is one of the following: a building structure, a structure made of polymer composite materials (PCM), a spatial mesh structure made of PCM, a spacecraft compartment, a rocket engine, a pipeline, a sealed vessel.
Объект представляет собой часть тела человека или животного.An object is a part of the body of a person or animal.
Образцовый материал для контроля промышленных объектов представляет собой, ленту поливинилхлоридную электроизоляционную с липким слоем, выпускаемую согласно ГОСТ 16214-86, а для контроля части тела человека или животного - это лейкопластырь, предпочтительно, лейкопластырь Master Uni 3×500 см, на полимерной основе.An exemplary material for control of industrial facilities is a polyvinyl chloride electrical insulating tape with a sticky layer, produced in accordance with GOST 16214-86, and for control of a part of a human or animal body, it is an adhesive plaster, preferably Master Uni
Калибровочный образец представляет собой поверхность, нагретую до известной температуры, предпочтительно, поверхность бака для воды, нагретую кипящей водой до 100 град. С.The calibration sample is a surface heated to a known temperature, preferably the surface of a water tank heated with boiling water to 100 degrees. FROM.
Краткое описание фигур чертежейBrief Description of the Figures of the Drawings
Сущность изобретения и возможность достижения технического результата будут более понятны из последующего описания со ссылками на позиции чертежей, где на:The essence of the invention and the possibility of achieving the technical result will be more clear from the following description with reference to the position of the drawings, where:
фиг. 1 приведена функциональная схема способа теплового контроля объекта,fig. 1 shows a functional diagram of a method for thermal control of an object,
фиг. 2 приведен график модельного эксперимента зависимости погрешности результатов теплового контроля (определение раскрытия дефекта типа нарушения сплошности) от погрешности определения коэффициента излучения поверхности контроля,fig. 2 shows a graph of a model experiment of the dependence of the error in the results of thermal control (determination of the disclosure of a defect such as a discontinuity) on the error in determining the emissivity of the test surface,
фиг. 3 - определение коэффициента излучения путем решения уравнения графическим способом,fig. 3 - determination of the emissivity by solving the equation graphically,
фиг. 4 - схема измерения температуры на калибровочном образце,fig. 4 - diagram of temperature measurement on a calibration sample,
фиг 5 - схема экспериментального образца для проведения исследований,Fig. 5 is a diagram of an experimental sample for conducting research,
На приведенных фигурах приняты следующие обозначения:In the given figures, the following designations are adopted:
1 - поверхность контролируемого объекта,1 - the surface of the controlled object,
2 - поле обзора термографической аппаратуры (3).2 - field of view of thermographic equipment (3).
3 - термографическая аппаратура,3 - thermographic equipment,
4 - участок теплопроводной подложки с образцовым материалом,4 - a section of a heat-conducting substrate with an exemplary material,
5 - точка измерения температуры термографической аппаратурой на теплопроводной подложке,5 - point of temperature measurement by thermographic equipment on a heat-conducting substrate,
6 - точка измерения температуры термографической аппаратурой на поверхности контролируемого объекта,6 - point of temperature measurement by thermographic equipment on the surface of the controlled object,
7 - калибровочный образец,7 - calibration sample,
8 - образцовый материал,8 - exemplary material,
9 - дефект в материале типа нарушения сплошности,9 - a defect in the material such as discontinuity,
10 - образец для экспериментальных исследований,10 - a sample for experimental research,
ω - погрешность определения коэффициента излучения поверхности контролируемого объекта,ω - error in determining the emissivity of the surface of the controlled object,
ε - коэффициент излучения поверхности,ε is the emissivity of the surface,
ε0 - коэффициент излучения поверхности образцового материала,ε 0 - emissivity of the surface of the reference material,
Тп - температура калибровочного образца.T p is the temperature of the calibration sample.
Т - значение температуры, измеряемой термографом,T is the value of the temperature measured by the thermograph,
Tmax - значение максимальной температуры при ε=1,T max is the value of the maximum temperature at ε = 1,
δ - раскрытие дефекта в материале типа нарушения сплошности,δ - disclosure of a defect in a material such as discontinuity,
Предпочтительный вариант осуществления изобретенияPreferred embodiment of the invention
Все используемые электронные блоки построены на основе стандартных микропроцессорных схем и микропроцессорных сборок с перепрограммируемыми запоминающими устройствами, а система управления выключением/включением системы нагружения построена на стандартных релейных системах (см. например, Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника: учебн. пособие для вузов. - 3-е изд. перераб. и доп. - СПб.: - БХВ-Петербург, 2010.). В качестве термографической аппаратуры 3 используются термографическая аппаратура (тепловизоры) фирмы FLIR, ИРТИС-2000 или аналогичные по техническим характеристикам.All electronic units used are built on the basis of standard microprocessor circuits and microprocessor assemblies with reprogrammable storage devices, and the control system for turning off / on the loading system is built on standard relay systems (see, for example, E.P. Ugryumov, Digital circuitry: textbook for universities. - 3rd ed. Revised and additional - SPb .: - BHV-Petersburg, 2010.). As
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
На фиг. 1 приведена функциональная схема проведения теплового контроля в соответствии с представленным способом.FIG. 1 shows a functional diagram of thermal control in accordance with the presented method.
Перед началом теплового контроля на поверхность калибровочного образца с температурой Тп наносят образцовый материал с коэффициентом излучения (ε0). На фиг. 4 приведена схема калибровочного образца (7) с образцовым материалом (8).Before the start of thermal control, a reference material with an emissivity (ε 0 ) is applied to the surface of a calibration sample with a temperature T p. FIG. 4 shows a diagram of a calibration sample (7) with a reference material (8).
Измеряют бесконтактным термографом температуру на поверхности калибровочного образца - Т(ε0). На фиг. 4 приведена схема измерения температуры на поверхности калибровочного образца.The temperature on the surface of the calibration sample is measured with a non-contact thermograph - T (ε 0 ). FIG. 4 shows a diagram for measuring the temperature on the surface of the calibration sample.
Определяют точное значение коэффициента излучения нанесенного на калибровочную поверхность образцового материала (ε0), решая уравнение, например, графическим способом:The exact value of the emissivity of the reference material applied to the calibration surface (ε 0 ) is determined by solving the equation, for example, graphically:
Тп=Т(ε0).T n = T (ε 0 ).
На фиг. 3 приведено, в качестве примера, решение данного уравнения графическим способом.FIG. 3 shows, as an example, the solution of this equation in a graphical way.
На теплопроводную подложку (4) наносят образцовый материал (температурное сопротивление теплопроводной подложки должно быть в 3-5 раз меньше теплопроводности контролируемого материала). Образцовый материал для технических объектов - лента поливинилхлоридная электроизоляционная с липким слоем (Технические условия ГОСТ 16214-86), для контроля части тела человека или животного - лейкопластырь Master Uni 3×500 см на полимерной основе ГОСТ Р 53498-2019 «Изделия медицинские пластырного типа. Общие технические требования».An exemplary material is applied to the heat-conducting substrate (4) (the temperature resistance of the heat-conducting substrate should be 3-5 times less than the thermal conductivity of the material under test). An exemplary material for technical objects is a polyvinyl chloride electrical insulating tape with a sticky layer (Specifications GOST 16214-86), for control of a part of a human or animal body - Master Uni
Перед началом проведения теплового контроля бесконтактной термографической аппаратурой контролируемого объекта (1) фиг. 1, в поле обзора аппаратуры помещают теплопроводную подложку (5) с нанесенным на ее поверхность образцовым материалом с коэффициентом излучения (ε0). Теплопроводную подложку помещают на участок контролируемой поверхности, имеющий однородный материал и, соответственно, одинаковый по поверхности коэффициент излучения.Before starting the thermal control with the contactless thermographic equipment of the controlled object (1), FIG. 1, a heat-conducting substrate (5) with a sample material with an emissivity (ε 0 ) applied to its surface is placed in the field of view of the equipment. The heat-conducting substrate is placed on a section of the surface to be inspected having a homogeneous material and, accordingly, the same emissivity over the surface.
Измеряют бесконтактным термографом температуру поверхности теплопроводной подложки в точке (5) с нанесенным образцовым материалом - Т(ε0) на контролируемой поверхности.The temperature of the surface of the heat-conducting substrate is measured with a non-contact thermograph at point (5) with the applied exemplary material - T (ε 0 ) on the controlled surface.
Измеряют бесконтактным термографом температуру T(εк) контролируемой поверхности вблизи теплопроводной подложки с нанесенным на нее образцовым материалом. The temperature T (ε to ) of the controlled surface near the heat-conducting substrate with the sample material applied to it is measured with a non-contact thermograph.
В связи с тем, что температурное сопротивление теплопроводной подложи меньше, чем контролируемого материала, а теплообмен между контролируемой поверхностью оъекта (1) и теплопроводной подложкой (5) осуществляется непосредственно теплопередачей, то температура контролируемой поверхности теплопроводной подложки (5) будет равна температуре контролируемой поверхности (1). А отличия в показаниях температуры термографа (3), будут определяться только различием коэффициента излучения между контролируемой поверхностью εк и образцовым материалом на теплопроводной подложке (ε0).Due to the fact that the temperature resistance of the heat-conducting substrate is less than that of the material to be tested, and heat exchange between the controlled surface of the object (1) and the heat-conducting substrate (5) is carried out directly by heat transfer, the temperature of the controlled surface of the heat-conducting substrate (5) will be equal to the temperature of the controlled surface ( one). And the differences in the readings of the temperature of the thermograph (3) will be determined only by the difference in the emissivity between the monitored surface ε to and the reference material on a heat-conducting substrate (ε 0 ).
Зная точное значение коэффициента излучения образцового материала (ε0) на теплопроводной подложке, определяют точное значение коэффициента излучения поверхности обследуемого объекта (εк) решая уравнение, например, графическим способом,Knowing the exact value of the emissivity of the sample material (ε 0 ) on the heat-conducting substrate, the exact value of the emissivity of the surface of the inspected object (ε k ) is determined by solving the equation, for example, graphically,
Т(εк)=Т(ε0).T (ε k ) = T (ε 0 ).
Пример решения уравнения графическим способом приведен выше на фиг. 3.An example of solving the equation graphically is shown above in FIG. 3.
При изменении контролируемого материала, т.е. изменении его коэффициента излучения, теплопроводную подложку помещают на новую поверхность и операции по определению коэффициента излучения поверхности повторяются.When changing the controlled material, i.e. changing its emissivity, the heat-conducting substrate is placed on a new surface and the operations to determine the emissivity of the surface are repeated.
После уточнения коэффициента излучения проводят тепловой контроль с использованием точного значения коэффициент излучения поверхности (εк) обследуемого объекта.After clarification of the emissivity, thermal control is carried out using the exact value of the emissivity of the surface (ε k ) of the inspected object.
Данный способ позволит не только повысить достоверность результатов контроля, но и повысить его производительность - обеспечить оперативность изменения настройки термографической аппаратуры при изменении контролируемого материала, т.е. изменении его коэффициента излучения.This method will allow not only to increase the reliability of the control results, but also to increase its productivity - to ensure the promptness of changing the settings of the thermographic equipment when changing the controlled material, i.e. change in its emissivity.
Проведем экспериментальное исследование эффективности предлагаемого способа.Let's conduct an experimental study of the effectiveness of the proposed method.
Экспериментальное исследование эффективности предлагаемого способа при измерении температуры кожного покрова человека.Experimental study of the effectiveness of the proposed method when measuring the temperature of the human skin.
Измерения проводились на открытых участках лба человека в процессе его движения бесконтактным способом тепловизионной системой Testo (Германия) с последующей перепроверкой результатов измерения контактным способом (контактный термометр ТЦ3-ИГ4.01). Для снижения погрешности измерения температуры контактным способом применялся метод суммирования показаний.Measurements were carried out on the open areas of a person's forehead in the process of his movement in a non-contact way with a Testo thermal imaging system (Germany), followed by verification of the measurement results by a contact method (contact thermometer ТЦ3-ИГ4.01). To reduce the temperature measurement error by the contact method, the readings summation method was used.
В таблице приведены результаты экспериментальных исследований.The table shows the results of experimental studies.
Из таблицы видно, что применение предлагаемого способа измерения температуры по сравнению с существующим способом позволяет снизить погрешность измерения, ориентировочно, в 3,6 раза (в проведенном эксперименте с 0,88 град. до 0,24 град.), что существенно для вынесения правильного диагностического заключения.It can be seen from the table that the use of the proposed method for measuring temperature in comparison with the existing method allows to reduce the measurement error, approximately, by 3.6 times (in the experiment carried out from 0.88 to 0.24 degrees), which is essential for making the correct diagnostic conclusion.
Проведены экспериментальные исследования эффективности предлагаемого способа на примере определения раскрытия дефекта типа нарушение сплошности посредством теплового контроля на основе метода решения обратной задачи. Сам метод описан в работе, например, О.Н. Будадин и др., Тепловой неразрушающий контроль изделий, М., Наука, 2002, (стр. 39-89). Метод позволил решать прямые и обратные задачи нестационарной теплопередачи, что дало возможность перехода от дефектоскопии (обнаружения дефектов) к дефектометрии (распознавания внутренних дефектов, определения их характеристик и оценки остаточного ресурса объектов).Experimental studies of the effectiveness of the proposed method are carried out on the example of determining the disclosure of a defect such as discontinuity by means of thermal control based on the method of solving the inverse problem. The method itself is described in the work, for example, by O.N. Budadin et al., Thermal non-destructive testing of products, M., Nauka, 2002, (pp. 39-89). The method made it possible to solve direct and inverse problems of unsteady heat transfer, which made it possible to move from flaw detection (defect detection) to defectometry (recognition of internal defects, determination of their characteristics and assessment of the residual resource of objects).
На фигуре 5 приведен разрез образца технического объекта, на котором проводились экспериментальные исследованияFigure 5 shows a section of a sample of a technical object on which experimental studies were carried out.
Метод заключается в решении обратной задачи на основе минимизации функционала:The method consists in solving the inverse problem based on minimizing the functional:
ЗдесьHere
F - функционал,F - functional,
J - количество параметров в векторе характеристик дефектов,J is the number of parameters in the vector of defect characteristics,
j - текущий параметр в векторе характеристик дефектов,j is the current parameter in the vector of defect characteristics,
Экспериментальные исследования заявляемого способа проводились на установке, собранной в соответствии с функциональной схемой (фиг. 1) с использованием тепловизионного устройства ИРТИС-2000.Experimental studies of the proposed method were carried out on an installation assembled in accordance with the functional diagram (Fig. 1) using a thermal imaging device IRTIS-2000.
Экспериментальные исследования проводились по методике и в соответствии с последовательностью операций, заявленных в формуле на изобретение.Experimental studies were carried out according to the methodology and in accordance with the sequence of operations claimed in the claims.
В результате экспериментальных исследований строилась зависимость ошибки (γ) определения одного из компонентов вектора характеристик дефектов - раскрытия дефекта (δ) фиг. 5 от ошибки (W) определения коэффициента излучательной способности (коэффициента излучения).As a result of experimental studies, the dependence of the error (γ) in determining one of the components of the vector of characteristics of defects - opening of a defect (δ) in Fig. 5 from the error (W) in determining the emissivity (emissivity).
График приведен на фиг. 2.The graph is shown in Fig. 2.
Из графика фигура 2 видно, например, что приемлемая для практики ошибка определения раскрытия дефекта 8% (0,08) достигается при ошибки определения коэффициента излучения не более 15% (0,15). Это показывает актуальность определения точного значения коэффициента излучения поверхности контролируемого объекта и актуальность предлагаемого способа, а также подтверждает эффективность заявляемого способа.From the graph figure 2 it can be seen, for example, that an acceptable for practice error in determining the disclosure of a defect of 8% (0.08) is achieved with an error in determining the emissivity of not more than 15% (0.15). This shows the relevance of determining the exact value of the emissivity of the surface of the controlled object and the relevance of the proposed method, and also confirms the effectiveness of the proposed method.
Изобретение имеет следующие преимущества:The invention has the following advantages:
- является универсальным инструментом бесконтактного контроля температуры как технических, так и живых объектов,- is a universal tool for non-contact temperature control of both technical and living objects,
- снижает погрешность измерения температуры бесконтактным способом, ориентировочно, в 3,6 раза,- reduces the error of temperature measurement by a non-contact method, approximately by 3.6 times,
- повышает достоверность диагностики заболеваний человека или животного,- increases the reliability of diagnostics of diseases of a person or an animal,
- повышает информативность результатов теплового контроля сложных пространственных конструкций,- increases the information content of the results of thermal control of complex spatial structures,
- повышает надежность процесса проведения контроля объектов в процессе их нагружения в реальных условиях эксплуатации и испытаний,- increases the reliability of the process of monitoring objects during their loading in real operating and testing conditions,
- позволяет повысить надежность эксплуатации контролируемых конструкций (особенно работающих на пределе остаточного ресурса),- allows to increase the reliability of operation of controlled structures (especially those operating at the residual resource limit),
- позволяет снизить вероятность аварий за счет определения реальных технических характеристик конструкций.- allows to reduce the likelihood of accidents by determining the actual technical characteristics of structures.
Claims (26)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139367A RU2751122C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Method for thermal control of the state of the object |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020139367A RU2751122C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Method for thermal control of the state of the object |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2751122C1 true RU2751122C1 (en) | 2021-07-08 |
Family
ID=76755992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020139367A RU2751122C1 (en) | 2020-12-01 | 2020-12-01 | Method for thermal control of the state of the object |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2751122C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4466748A (en) * | 1981-06-05 | 1984-08-21 | U.S. Philips Corporation | Thermal imaging apparatus |
| RU2382340C1 (en) * | 2008-03-31 | 2010-02-20 | Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" ГНУ "ИТМ НАН Беларуси" | Method for remote measurement of temperature and device for its realisation |
| RU2537520C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Method of thermal control of complex spatial objects and device for its realisation |
| RU2552599C1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Method for contactless measurement of brightness temperature of thermal field of analysed object |
| RU2608491C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-01-18 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Device for thermal quality control of composite armoured protection |
-
2020
- 2020-12-01 RU RU2020139367A patent/RU2751122C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4466748A (en) * | 1981-06-05 | 1984-08-21 | U.S. Philips Corporation | Thermal imaging apparatus |
| RU2382340C1 (en) * | 2008-03-31 | 2010-02-20 | Государственное научное учреждение "Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси" ГНУ "ИТМ НАН Беларуси" | Method for remote measurement of temperature and device for its realisation |
| RU2537520C1 (en) * | 2013-09-23 | 2015-01-10 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Method of thermal control of complex spatial objects and device for its realisation |
| RU2552599C1 (en) * | 2014-02-24 | 2015-06-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" - Госкорпорация "Росатом" | Method for contactless measurement of brightness temperature of thermal field of analysed object |
| RU2608491C1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-01-18 | Открытое акционерное общество Центральный научно-исследовательский институт специального машиностроения | Device for thermal quality control of composite armoured protection |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GOST R ISO 18434-1-2013. CONDITION CONTROL AND DIAGNOSTICS OF MACHINES. THERMOGRAPHY Part 1. General methods. (RELEVANT PART: Appendix A - Clause A.2). * |
| ГОСТ Р ИСО 18434-1-2013. КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И ДИАГНОСТИКА МАШИН. ТЕРМОГРАФИЯ Часть 1. Общие методы. ( РЕЛЕВАНТНАЯ ЧАСТЬ: приложение А - п.А.2). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Qu et al. | Development and application of infrared thermography non-destructive testing techniques | |
| Zhu et al. | Electromechanical impedance-based damage localization with novel signatures extraction methodology and modified probability-weighted algorithm | |
| CN104359389B (en) | Pulsed eddy current measuring method for measuring relative wall thickness variable of ferromagnetic component | |
| Marani et al. | Deep learning for defect characterization in composite laminates inspected by step-heating thermography | |
| Dudzik | Two-stage neural algorithm for defect detection and characterization uses an active thermography | |
| Wilson et al. | Monitoring fatigue-induced transverse matrix cracks in laminated composites using built-in acousto-ultrasonic techniques | |
| CN103063528A (en) | Method for fast evaluating high temperate member residual service life on spot | |
| CN108051364A (en) | A kind of EPR nuclear energy cable residue lifetime estimation method and prediction EPR nuclear energy cable remaining life methods | |
| CN108663411A (en) | A kind of temperature-compensation method of electromechanics impedance structure damage monitoring | |
| Rosell et al. | Model based capability assessment of an automated eddy current inspection procedure on flat surfaces | |
| Li et al. | System identification-based frequency domain feature extraction for defect detection and characterization | |
| Dudzik | Characterization of material defects using active thermography and an artificial neural network | |
| Song et al. | The study of inspection on thin film resistance strain gauge contact failure by electrical excitation thermal-wave imaging | |
| RU2751122C1 (en) | Method for thermal control of the state of the object | |
| Feng et al. | Enhanced real-time crack monitoring and updating in welded structural components with limited measurement data | |
| Dworakowski et al. | Application of artificial neural networks for damage indices classification with the use of Lamb waves for the aerospace structures | |
| Wronkowicz et al. | Enhancement of damage identification in composite structures with self-heating based vibrothermography | |
| Light | Nondestructive evaluation technologies for monitoring corrosion | |
| RU2690033C1 (en) | Method of electric power thermography of spatial objects and device for its implementation | |
| CN111474300B (en) | Structural local defect detection method based on spatiotemporal regression model | |
| Soejima et al. | Investigation of the Probability of Detection of our SHM System | |
| Li et al. | A noise interference model for estimating probability of detection for nondestructive evaluations | |
| RU2736320C1 (en) | Method for electric power thermal-optical control of spatial objects and device for its implementation | |
| RU2686498C1 (en) | Ultrasonic thermotomography method and device for its implementation | |
| Wei et al. | Feature extraction method for ultrasonic pipeline defects based on fractional-order VMD |