Перспективы развития теплового контроля

В настоящее время тепловой контроль является одним из наиболее динамически развивающихся методов. Анализ современного уровня развития активного теплового контроля показывает, что этот метод неразрушающих испытаний доказал свою состоятельность и утвердился как эффективный инструмент контроля качества для широкого круга исследовательских и производственных задач. О большом интересе к тепловому контролю говорит тот факт, что на XIV Всемирной конференции по неразрушающему контролю (Копенгаген, 1996 г.) более 10 % докладов были посвящены тепловому методу.       На данном этапе практически завершено формирование теоретических основ АТНК, сложившихся в одно из прикладных направлений теории теплообмена, установлены основные закономерности АТНК, разработаны методы моделирования дефектов, средства и методики измерений.

Вопросы для самопроверки по разделу 7

1. В чём разница между инфракрасными и тепловыми волнами. Назовите их

основные технические параметры.

2. Назовите и поясните три основных закона теплопередачи.

3. Что такое тепловидение? Как оно осуществляется?

Раздел 8. Оптический вид получения информации

_{Самостоятельно повторить по курсу физики разделы: оптика, электромагнитное излучение:}

1. _{Природа света, корпускулярная теория Ньютона и волновая Гюйгенса.}

2. _{Теория Максвелла: свет – это электромагнитное излучение.}

3. _{Теория Планка о квантовой природе света.}

4. _{Законы преломления, отражения, поглощения, дифракции и интерференции света}

Электромагнитное излучение представляет собой электромагнитные волны, испускаемые источником, свободно распространяющиеся в пространстве и ничем не связанные с источником, образовавшим эти волны.

Электромагнитные волны - это возмущения электромагнитного поля (взаимосвязанных электрического и магнитного полей), распространяющиеся в пространстве с конечной скоростью.

В свободном пространстве (в вакууме) эти волны являются поперечными и их скорость распространения С = 3 • 10¹⁰ см/с.

Характерной особенностью электромагнитного излучения является корпускулярно-волновой дуализм.

Оптическое излучение - электромагнитное излучение, характеризующееся длинами волн в диапазоне 10 ^-9... 10 ^-3 м.

В состав оптического излучения входят: видимое излучение, ультрафиолетовое излучение и инфракрасное излучение.

Видимое излучение (свет) - излучение, которое может непосредственно вызывать зрительное ощущение. Видимое излучение характеризуется длинами волн, расположенными в диапазоне (4 ... 7,6) * 10^-7_м.

Границы спектральной области видимого излучения условны. Нижняя граница считается обычно лежащей между 380 и 400 нм, верхняя - между 760 и 780 нм.

Ультрафиолетовое излучение — оптическое излучение, длины волн монохроматических составляющих которого лежат в пределах от 10^-9 до 4 • 10^-7 м. (10 – 380 нм)

Инфракрасное излучение - оптическое излучение, характеризующееся длинами волн, расположенными в диапазоне 7,6 * 10^-7... 10^-3 м.

Монохроматическое излучение - излучение, характеризующееся одним значением частоты. В более широком смысле это совокупность фотонов, обладающих практически одинаковой частотой или длиной волны.

Фотон - это квант поля электромагнитного излучения. Элементарная частица, обладающая нулевой массой покоя, энергией е = hν, где h = 6,62 · 10 ^-34 Дж·с; квант действия (постоянная Планка); v - частота излучения (Гц) со скоростью, равной С, участвующая только в электромагнитных взаимодействиях.

Корпускулярные свойства фотона описываются его массой т = ε/с² и импульсом р = ε/с.

Волновые свойства фотона характеризуются частотой v и длиной волны (в вакууме λ = c/v).

Оптические методы использовались в качестве средств получения информации задолго до других методов. Глаз человека и его мозг, вооруженные при необходимости простой линзой или микроскопом, представляют собой чрезвычайно эффективное сочетание для бесконтактного получения информации об окружающем нас мире, форме, цвете и расположении разнообразных объектов, обнаружения поверхностных дефектов и внутренних дефектов оптически прозрачных тел и сред. К простейшим приборам, расширяющим наши возможности при применении оптических методов получения информации можно отнести разнообразные лупы.

Они позволяют увидеть отдельный участок ОК в увеличенном виде и исследовать его более детально. Более сложные лупы позволяют исследовать ОК с разным увеличением.

А если лупу снабдить предметным столиком с подсветкой или снабдить микроскопом, телекамерой с трансфокатором, то можно получать гораздо большие объёмы информации, её документировать накапливать и обрабатывать.

Рассмотрим примеры информации, которую можно получить, применяя различные методы увеличения или преобразования оптического изображения.

Отдельного внимания заслуживают методы получения информации, связанные с применением ультрафиолетового излучения. Как известно, ультрафиолетовое излучение невидимо для человеческого глаза, но оно способно вызывать люминесценцию.

Использование ультрафиолетовой части спектра оптического излучения

Люминесценция - способность веществ испу­скать избыточную поглощенную энергию в виде кванта света определенной энергии (длины волны испускания).

В наиболее доступной форме люминесценция представляет собой свече­ние веществ при воздействии на них ультрафиолетовым излу­чением. Механизм люминесценции заключается в следующем: под воздействием излучения вещество переводится в возбуж­денное состояние, при этом отдельные электроны переходят на более высокие энергетические орбиты, с захватом фотона возбуждающего излучения. Но это состояние энергетически не стабильно, и электроны возвращаются на свои энергетические орбиты. Обратный пере­ход вещества в устойчивое состоя­ние сопровождается выделением энергии в виде кванта света, энергия которого определяется природой ве­щества. Переход электрона на более высокую энергетическую орбиту и возврат на стабильную орбиту требуют энергии, поэтому излучаемый фотон обладает меньшей энергией и соответственно, большей частотой. Поэтому, возбудив вещество невидимым ультрафиолетовым излучением, мы получаем излучение в видимом диапазоне. Вещества, обладающие по­добными свойствами, называются люминофорами. Они широко ис­пользуются при изготовлении цен­ных бумаг для создания так называ­емой люминесцентной защиты, которая представляет собой совокупность люминесцирующих элементов, входящих в со­ставные части документа.

Отличительной особенностью этого оптического эффекта является то, что его можно наблюдать невооружённым глазом, т. е. не применяя никаких приборов.

Люминофорами могут быть обрабо­таны окрашенные или бесцветные волокна, окрашенные бу­мажные диски (конфетти), защитные нити. Люминофоры мо­гут входить в составы отдельных красок, и в этом случае при освеще­нии УФ-излучением наблюдаются светящиеся фрагменты видимых изображений. В отдельных случаях с помощью люминофоров наносятся невидимые изображения, которые визуализируются в ультрафиолето­вых лучах.