Издательский дом СПЕКТР

Содержание книги: Вавилов В.П. Инфракрасная термография и тепловой контроль

ПРЕДИСЛОВИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Терминология и физические основы теплового контроля
1.1. Терминология теплового контроля
1.2. Пассивный и активный тепловой контроль
1.3. Базовые процедуры теплового контроля

Глава 2. Теплопередача в бездефектных структурах
2.1. Механизмы теплопередачи
2.1.1. Теплопроводность, конвекция и излучение
2.1.2. Граничные условия на поверхности объектов контроля
2.1.3. Теплопередача в дефектах и на границах разнородных слоев
2.2. Дифференциальное уравнение теплопроводности
2.2.1. Параболическое уравнение теплопроводности в декартовых координатах
2.2.2. Параболическое уравнение теплопроводности в цилиндрических и сферических координатах
2.2.3. Гиперболическое уравнение теплопроводности в декартовых координатах
2.3. Теплофизические характеристики материалов
2.4. Классические решения теории теплопроводности
2.5. Информативные параметры теплового контроля
2.5.1. Амплитудные и временные информационные параметры
2.5.2. Мощностные и фазовые информативные параметры
2.6. Прямые и обратные задачи теплового контроля
2.7. Анализ классических решений теории теплопроводности

Глава 3. Определение теплофизических характеристик материалов
3.1. Представление функции изменения температуры в различных координатах
3.2. Определение тепловой инерции материала (передняя поверхность полуограниченного тела, нагреваемого импульсом Дирака)
3.3. Определение температуропроводности (задняя поверхность адиабатической пластины, нагреваемой импульсом Дирака)
3.4. Определение температуропроводности (передняя поверхность адиабатической  пластины, нагреваемой импульсом Дирака)
3.5. Определение толщины изделия и степени коррозии (передняя поверхность  адиабатической пластины, нагреваемой импульсом Дирака
3.6. Определение оптимального времени обнаружения подповерхностных дефектов (полуограниченное тело, нагреваемое импульсом Дирака)
3.7. Функции чувствительности
3.7.1. Полуограниченное тело
3.7.2. Пластина
3.7.3. Определение степени коррозии
3.7.4. Определение температуропроводности
3.7.5. Разделение информации о температуропроводности и коэффициенте теплоотдачи
3.7.6. Манипуляции с функцией температурного отклика на передней поверхности пластины
3.7.7. Оценка предельной чувствительности теплового метода при определении ТФХ
3.8. Определение компонент тензора температуропроводности
3.9. Нестационарный нагрев многослойных пластин
3.9.1. Трехслойная неадиабатическая пластина с идеальным контактом слоев
3.9.2. Трехслойная адиабатическая пластина с идеальным контактом слоев
3.9.3. Двухслойная адиабатическая пластина с контактным сопротивлением между слоями (нагрев прямоугольным импульсом)
3.9.4. Двухслойная адиабатическая пластина с контактным сопротивлением между слоями (нагрев импульсом Дирака)
3.10. Одномерные тепловые волны
3.10.1. Полуограниченное адиабатическое тело
3.10.2. Полуограниченное неадиабатическое тело
3.10.3. Неадиабатическая пластина
3.10.4. Температурные волны на границе раздела двух сред
3.11. Связь импульсных и гармонических тепловых волн
3.12. Стационарная теплопередача теплопроводностью через плоскую стенку и определение термического сопротивления
3.13. Оценка объема протечек воздуха по результатам температурных измерений

Глава 4. Теплопередача в дефектных структурах и оптимизация процедур теплового контроля
4.1. Методы решения задач ТК
4.1.1. Теплофизическое описание дефектов
4.1.2. Преобразование Лапласа и метод "термического четырехполюсника"
4.1.3. Численные методы
4.1.4. Точность численных решений
4.1.5. Коммерческие пакеты для численного решения задач ТК
4.2. Одномерные модели ТК
4.2.1. Температурный сигнал в одномерной модели
4.2.2. Одномерная модель ТК с абсолютно нетеплопроводным дефектом
4.2.3. Гармонические тепловые волны
4.2.4. Импульсные тепловые волны
4.2.5. Границы применимости реалистичных одномерных моделей ТК
4.3. Двухмерные модели ТК
4.3.1. Однослойная пластина с дефектом типа "канал" (декартова система координат)
4.3.2. Трехслойная анизотропная неадиабатическая пластина с емкостным дефектом (цилиндрическая система координат)
4.4. Простая трехмерная модель обнаружения поверхностной вертикальной трещины при нагреве полупространства движущимся тепловым источником
4.5. Трехмерная адиабатическая задача ТК
4.6. Обобщенная трехмерная модель ТК (трехслойная анизотропная неадиабатическая пластина с произвольными емкостными дефектами)
4.7. Условия обнаружения сигналов от внутренних дефектов
4.8. Основные функциональные зависимости температурных сигналов от параметров изделия и дефекта
4.8.1. Изменение температурных сигналов во времени
4.8.2. Глубина залегания дефекта
4.8.3. Толщина дефекта
4.8.4. Поперечные размеры и конфигурация дефекта
4.8.5. Протокол нагрева и его оптимизация
4.8.6. Материал изделия
4.8.7. Мощность нагрева и интенсивность поверхностного теплообмена
4.8.8. Анизотропия ТФХ
4.8.9. Температурное поле в зоне трещины, расположенной перпендикулярно передней поверхности
4.8.10. Принудительное охлаждение объекта контроля
4.8.11. Выявление близкорасположенных дефектов
4.9. Оптимальные параметры обнаружения: примеры
4.10. Развитые модели ТК
4.10.1. Обнаружение фторопластовых вставок в углепластике
4.10.2. Обнаружение мин в грунте

Глава 5. Оценка параметров скрытых дефектов (тепловая дефектометрия)
5.1. Дефектометрия путем анализа температурного отклика на передней поверхности пластины после импульсного нагрева
5.1.1. Метод "кажущейся" тепловой инерции (нагрев импульсом Дирака)
5.1.2. Использование ранних времен наблюдения
5.1.3. Восстановление профиля коррозии
5.1.4. Дефектометрия тонких теплопроводных образцов при импульсном нагреве
5.2. "Индивидуальные" функции инверсии
5.3. Обобщенные формулы инверсии
5.4. Упрощенные формулы инверсии
5.4.1. Определение глубины залегания и теплового сопротивления дефекта, расположенного между двумя высокотеплопроводными пластинами
5.4.2. Определение глубины залегания дефекта по моменту его оптимального проявления
5.4.3. Определение теплового сопротивления дефектов с использованием момента температуры нулевого порядка
5.5. Тепловая дефектометрия в пространстве Лапласа (резистивные дефекты)
5.5.1. Анализ дифференциальной температурной функции на задней поверхности
5.5.2. Анализ дифференциальной температурной функции на передней поверхности
5.5.3. Покрытие на подложке: двусторонняя процедура ТК
5.6. Тепловая дефектометрия путем минимизации функционала невязки (метод нелинейной подгонки)
5.6.1. Использование классических решений
5.6.2. Использование многомерных численных решений
5.7. Определение поперечных размеров дефектов
5.7.1. Использование пространственных профилей температуры
5.7.2. Функция точечного источника и инверсия размеров внутренних дефектов в пространстве Фурье
5.7.3. Лапласиан и восстановление размытых границ
5.7.4. Использование решения трехмерной адиабатической задачи ТК
5.8. Обобщенные формулы инверсии при контроле скрытой коррозии

Глава 6. обработка экспериментальных данных в тепловом контроле
6.1. Метод оптимального наблюдения
6.2. Метод раннего наблюдения
6.3. Метод динамической тепловой томографии
6.3.1. Физические принципы
6.3.2. Максиграмма, таймограмма и томограмма
6.3.3. Артефакты
6.3.4. Неоднородный нагрев
6.3.5. Влияние шумов на синтез максиграмм и таймограмм
6.4. Адаптивная тепловая томография
6.5. Метод импульсной фазовой термографии (Фурье-анализ температурной динамики)
6.5.1. Общие принципы
6.5.2. Количественный подход к фазовой термографии
6.5.3. Фазовая томография
6.6. Метод вейвлет-функций
6.7. Тепловая дефектометрия
6.8. Количественная оценка скрытой коррозии
6.9. ИК термография на тепловых волнах
6.9.1. Синхронная оптическая стимуляция
6.9.2. Синхронная ультразвуковая стимуляция (периодическая и импульсная)
6.10. Аппроксимация и сглаживание динамических температурных функций
6.10.1. Полиномиальная аппроксимация
6.10.2. Экспоненциальная аппроксимация (тонкие теплопроводные изделия)
6.10.3. Временные производные и синтетическая обработка данных импульсного ТК (метод реконструкции термографического сигнала)
6.11. Нормализация динамических термограмм
6.11.1. Нормализация на одно изображение
6.11.2. Трехмерная нормализация
6.12. Метод движущегося источника
6.12.1. Непрерывный нагрев
6.12.2. Фототермический метод (тепловые волны и импульсный нагрев)
6.13. Комбинирование ТК и других методов неразрушающего контроля (синтез данных)
6.14. Тепломеханические эффекты в твердых телах
6.14.1. Вибротермография и анализ термоупругих напряжений
6.14.2. Анализ разрушения материалов
6.15. Электромагнитная ИК термография
6.16. Вихретоковая (индукционная) ИК термография
6.17. Элементы искусственного интеллекта в ТК (нейронные сети)
6.18. Метод факторизации матриц (анализ главных компонент)
6.19. Тепловой контроль изделий сложной формы
6.20. Стандартная обработка ИК изображений
6.20.1. "Улучшение" изображений
6.20.2. Модификация полутоновой шкалы (изменение гистограммы)
6.20.3. Выбор цветной палитры
6.20.4. Повышение резкости изображения
6.20.5. Сглаживание
6.20.6. Выделение границ областей
6.20.7. Морфологическая фильтрация
6.20.8. Восстановление изображения
6.20.9. Вычитание и деление изображений

Глава 7. Элементы теории теп-лового излучения
7.1. Краткий обзор развития ИК техники и тепловидения
7.2. Элементы теории теплового излучения
7.2.1. Спектр электромагнитных колебаний и энергетические величины
7.2.2. Законы теплового излучения
7.2.3. Схема ИК термографирования
7.2.4. "Отраженная температура"
7.2.5. Проблема коэффициента излучения
7.2.6. Связь истинных и радиационных температур
7.2.7. Двухканальные тепловизоры
7.2.8. Прохождение ИК излучения через атмосферу

Глава 8. Аппаратура для активного и пассивного теплового контроля
8.1. Системный подход к проектированию устройств активного ТК
8.2. Коммерческие системы ТК
8.3. Источники тепловой стимуляции объектов ТК

Глава 9. Инфракрасные системы
9.1. Системы построения изображения в ИК диапазоне
9.2. Приемники оптического излучения
9.2.1. Тепловые приемники
9.2.2. Фотоэмиссионные детекторы
9.2.3. Фотонные детекторы
9.2.4. Фотоприемники на основе квантовых ловушек
9.2.5. Матричные фотоприемники
9.2.6. Параметры ИК приемников
9.3. Оптика тепловизоров
9.3.1. Фокусное расстояние, коэффициент увеличения, относительное отверстие и светосила оптической системы
9.3.2. Мгновенный угол зрения и поле зрения
9.3.3. Щелевая функция чувствительности и модуляционная передаточная функция
9.4. Пространственное и температурное разрешение тепловизоров
9.4.1. Формат и частота смены изображения
9.4.2. Температурное разрешение
9.5. Современные тепловизоры
9.5.1. Оптическая головка (сканер)
9.5.2. Электронный блок
9.5.3. Черно-белое и цветное представление термограмм
9.5.4. Метрология тепловизоров и дополнительные возможности представления информации
9.5.5. Устройства записи и твердого копирования термограмм
9.5.6. Источники питания
9.5.7. Программные средства для ИК термографического анализа и составление отчетов
9.5.8. Аксессуары тепловизионных комплектов
9.5.9. Классификация тепловизоров
9.5.10. Коммерческие тепловизоры
9.5.11. Выбор тепловизора
9.6. ИК системы визуализации утечек газа
9.7. Системы визуализации терагерцового диапазона
9.8. Линейные ИК сканеры
9.9. Инфракрасные термометры (пирометры)
9.9.1. Портативные ИК термометры
9.9.2. Устанавливаемые бесконтактные датчики температуры
9.10. Эталонные источники (модели АЧТ)
9.11. Контактные датчики температуры
9.11.1. Термопары
9.11.2. Термометры сопротивления
9.11.3. Термисторы
9.11.4. Интегральные датчики температуры
9.11.5. Жидкокристаллические термоиндикаторы
9.11.6. Термоиндикаторы плавления

Глава 10. Элементы статистической оценки данных и принятие решений
10.1. Информативные параметры обнаружения дефектов в тепловом контроле
10.2. Статистические показатели принятия решений
10.3. Карта дефектов
10.4. Распознавание образов в тепловом контроле
10.5. Помехи в тепловом контроле

Глава 11. Области применения ИК термографии и теплового контроля
11.1. Общие сведения
11.2. Административные, промышленные и жилые здания
11.2.1. Общие сведения
11.2.2. Определение теплопотерь
11.2.3. Выявление скрытых дефектов
11.2.4. Оценка сопротивления теплопередаче
11.2.5. Контроль за влажностью кровли крыш
11.2.6. Тепловизоры для строительной диагностики
11.2.7. Методические особенности термографирования строительных объектов
11.2.8. Иллюстрации
11.3. Активный ТК произведений искусства
11.3.1. Общие сведения
11.3.2. Настенные фрески
11.3.3. Иконы на дереве
11.4. Дымовые трубы
11.4.1. Общие положения
11.4.2. Тепловизоры для диагностики дымовых труб
11.4.3. Объект исследований
11.4.4. Проведение съемки и анализ результатов (иллюстрации)
11.5. Электротехнические устройства
11.5.1. Методические особенности ТК электрооборудования
11.5.2. Силовые трансформаторы, автотрансформаторы, масляные реакторы
11.5.3. Маслонаполненные трансформаторы тока
11.5.4. Маслонаполненные транс- форматоры напряжения
11.5.5. Выключатели масляные, воздушные, вакуумные, элегазовые
11.5.6. Разъединители и отделители
11.5.7. Маслонаполненные вводы
11.5.8. Конденсаторы связи и делительные
11.5.9. Силовые конденсаторы
11.5.10. Вентильные разрядники
11.5.11. Ограничители перенапряжений
11.5.12. Контактные соединения распределительных устройств
11.5.13. Высокочастотные заградители
11.5.14. Подвесные фарфоровые и полимерные изоляторы
11.5.15. Силовые кабели
11.5.16. Аккумуляторные батареи
11.5.17. Комплектные экранированные токопроводы
11.5.18. Генераторы
11.5.19. Электродвигатели
11.5.20. Воздушные линии электропередач
11.5.21. Электроустановки с напряжением 0,4...10 кВ
11.6. Теплотехническое и гидротехническое оборудование
11.6.1. Паропроводы, паровые и водогрейные котлы
11.6.2. Поверхности нагрева котельных агрегатов
11.6.3. Пруды-охладители
11.6.4. Тепловые сети
11.6.5. Вакуумное оборудование турбоустановок
11.7. Атомные станции
11.8. Авиакосмическая техника
11.8.1. Концепция применения ТК в авиации при выполнении ремонта
11.8.2. Обнаружение воды в сотовых панелях самолетов
11.8.3. Обнаружение воды в теплозащите космических челноков
11.8.4. Турбинные лопатки
11.8.5. Обнаружение и оценка коррозии в авиационных конструкциях
11.8.6. Композиционные материалы
11.8.7. Узлы космических челноков и ракет
11.8.8. Тепловой контроль космических челноков на стартовой площадке и в открытом космосе
11.9. Нефтехимическое производство
11.10. Радиоэлектроника
11.11. Листовой металлопрокат
11.12. Сварные и паяные соединения
11.12.1. Контроль температуры в процессе сварки
11.12.2. Точечная сварка
11.12.3. Диффузионная сварка заготовок силовых выпрямительных элементов
11.12.4. Активный ТК паяных соединений
11.13. Прогнозирование срока службы режущего инструмента путем определения его интегральной температуропроводности
11.14. Обнаружение коррозии в массивных металлических объектах
11.15. Автомобилестроение
11.16. Целлюлозно-бумажное производство
11.17. Судостроение (композиционные материалы)
11.18. Пищевая промышленность
11.19. Утечки газо- и нефтепродуктов из трубопроводов и резервуаров
11.20. ИК аэросъемка
11.21. Обнаружение противопехотных и противотанковых мин
11.22. Системы наблюдения, охраны и антитеррористической деятельности
11.23. Военная сфера
11.24. Медицина
11.24.1. ИК тепловидение
11.24.2. СВЧ тепловидение (радиотермометрия)
11.25. Прочие области

Глава 12. Аттестация специалистов в области ТК и нормативные документы
12.1. Порядок аттестации операторов-термографистов в России
12.2. Нормативная документация в области ТК
12.2.1. Отечественные стандарты
12.2.2. Зарубежные стандарты (без комментариев)
12.2.3. Прочие нормативные документы и методики

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
Приложение 1. Функции чувствительности
П1.1. Функции чувствительности для полуограниченного тела
П1.2. Функции чувствительности для полуограниченного тела
Рис. П1.1. Графики функций чувствительности для неадиабатического полуограниченного тела
Приложение 2. Законы теплового контроля, подсказанные автору многолетней практикой
Приложение 3. Типовая программа подготовки персонала неразрушающего контроля по тепловому методу (система экспертизы промышленной безопасности Ростехнадзора РФ)
Приложение 4. Рекомендуемые вопросы общего экзамена по ТК

   назад