ترموگرافی فعال

ترموگرافی فعال یک روش پیشرفتهٔ آزمون‌های غیرمخرب است که در آن از اندازه‌گیری ترموگرافیکِ پاسخ حرارتی یک مادهٔ تحت آزمون، پس از اعمال یک برانگیختگی خارجی، استفاده می‌شود. این معیار را می‌توان برای آزمون غیرمخرب فروسرخ (IRNDT) مواد به‌صورت غیرلمسی نیز به‌کار گرفت.

شیوه IRNDT بر محور برآشفتگی ماده تحت آزمون توسط یک منبع بیرونی است؛منبعی که مقداری انرژی را به ماده منتقل می کند. چراغ هالوژن، چراغ فلش، بوق فراصوت یا سایر منابع می‌توانند به عنوان منبع برآشفتگی در IRNDT مورد استقاده قرار گیرند. این برآشفتگی باعث ایجاد پاسخ حرارتی در ماده تحت آزمون می‌شود که توسط یک دوربین فروسرخ اندازه‌گیری می‌گردد. با به کارگیری ترکیب مناسبی از منبع برآشفتگی، شیوه بر آشفتگی، دوربین مادون قرمز و شیوه سنجش، می‌توان داده هایی درمورد نقوص سطحی و زیرسطحی ماده؛ مورد آزمون یا ناهمگنی‌های موجود در آن به دست آورد. 

سیستم‌های ترموگرافی نوین مجهز به دوربین‌های فروسرخ با سرعت و حساسیت زیاد، قابلیت روش بازرسی را افزایش می‌دهند. قابلیت ماژولار  این سیستم‌ها امکان بهره برداری از آنها را در کاربردهای تحقیق و توسعه و همچنین در خطوط تولید پیشرفته صنعتی مدرن فراهم می‌کند.

آزمون غیرمخرب با استفاده از ترموویژن بر روی قطعات می‌تواند بر طیف وسیعی از مواد مختلف انجام شود. بازرسی ترموگرافی مواد را می‌توان به عنوان روشی از عیب‌یابی فروسرخ در نظر گرفت که قادر به آشکارسازی نقوص مواد مانند ترک‌ها، معایب، حفره‌ها، فضاهای تهی و سایر ناهمگنی‌ها است.  آزمون ترموگرافی می‌تواند بر روی قطعات منفرد در آزمایشگاه یا به طور مستقیم بر روی تجهیزات فناوری که در حال بهره برداری هستند، انجام شود.
‏
## نظریه
 
پرونده:IRNDT fig 02 en.png|طرح کلی اصل ترموگرافی فعال
ترموگرافی فعال از یک منبع بیرونی برای برانگیختن جسم مورد اندازه‌گیری استفاده می‌کند، به این معنا که انرژی به جسم وارد می‌شود. منابع برانگیختگی را می‌توان بر اساس معیارهای زیر دسته‌بندی کرد:

* جذب تابش نوری یا مایکروویو،
* القای الکترومغناطیسی ،
* تبدیل امواج الاستیک (مثلاً سونوگرافی)
* همرفت (مثلاً هوای گرم)
* تغییر شکل پلاستیک (اثر ترموپلاستیک در حین بارگذاری مکانیکی).

منابع برآشفنگی متنوعی می‌توانند برای ترموگرافی فعال و آزمون غیرمخرب به کار گرفته شوند، مانند گرمایش الکتریکی، چراغ های فلش، چراغ های هالوژن، گرمایش الکتریکی ، بوق فراصوت ، جریان‌های گردابی ، مایکروویو و سایر روش ها. جسم مورد اندازه‌گیری می‌تواند به طور مستقیم توسط یک منبع بیرونی گرم شود، برای مثال با استفاده از چراغ های هالوژن یا هوای داغ. ناهمگنی‌ها یا عیوب در ماده موجب اختلال در میدان دمایی می‌شوند. این اختلال به صورت اختلافات دمایی در سطح ماده شناسایی می گردد. راه دیگر استفاده از فرآیندهای ترموفیزیکی در ماده است؛ که در آن انرژی مکانیکی یا الکتریکی به دلیل وجود عیوب و ناهمگنی‌ها به انرژی حرارتی تبدیل می‌شودکه اختلافات دمایی ایجاد شده بر سطح جسم توسط تکنیک های فروسرخ مانند برانگیختگی با امواج فراصوت (اولتراسوند)شناسایی می گردد.

## روش ها
شیوه های متعددی برای ترموگرافی فعال در ارزیابی اندازه‌گیری آزمون های غیرمخرب توسعه یافته اند. انتخاب شیوه های سنجش بستگی به کاربرد، منبع برآشفتگی مورد استفاده و نوع برآشفتگی (پالسی، دوره ای، پیوسته) دارد. در ساده‌ترین حالت، پاسخ به طور مستقیم از ترموگرام قابل مشاهده است. با این حال، در اغلب موارد استفاده از تکنیک‌های پیشرفته تجزیه و تحلیل  لازم و ضروری است. مرسوم ترین شیوه ها شامل تکنیک‌های تحلیل قفل شونده، پالس یا گذرا (ترموگرافی گام به گام) است که در برخی موارد از برآشفتگی پیوسته نیز استفاده می‌شود: 

* ترموگرافی قفل-این   (روش برانگیختگی دوره ای). یک منبع دوره ای مدوله شده برای برانگیختگی استفاده می‌شود. تغییر فاز و دامنه سیگنال اندازه‌گیری شده ارزیابی می‌شود و تجزیه و تحلیل می‌تواند با تکنیک‌های مختلفی انجام شود. چراغ های هالوژن، چراغ های LED ، سونوگرافی، لیزر  یا جریان الکتریکی منابع برانگیختگی مناسبی هستند. این شیوه این مزیت را دارد که می‌توان از آن در سطوح بزرگ استفاده کرد و انرژی حرارتی کمی را به قطعه مورد بازرسی وارد می‌کند. عیب آن زمان اندازه‌گیری طولانی‌تر و وابستگی قابلیت‌های تشخیص به جهت هندسی عیوب (به جز تحریک غیرمستقیم مانند سونوگرافی) است. روش قفل-این برای آزمایش قطعات با ضریب نفوذ حرارتی کم مناسب است و اصلاحات زیادی برای کاربردهای خاص مختلف (مانند Lock-In Ref، Lock-In Online و غیره) دارد.
* ترموگرافی پالسی (روش پالس).  یک پالس بسیار کوتاه - معمولاً در واحد میلی‌ثانیه - برای تحریک جسم استفاده می‌شود. سپس فرآیند خنک‌سازی تجزیه و تحلیل می‌شود. معمولاً از یک لامپ فلش به عنوان منبع برانگیختگی استفاده می‌شود. مزیت این روش سرعت تجزیه و تحلیل و امکان تخمین عمق نقص است. عیب آن عمق محدود تجزیه و تحلیل، مساحت محدودی است که می‌توان بررسی کرد (با توجه به قدرت قابل استفاده منابع تحریک) و وابستگی قابلیت‌های تشخیص به جهت هندسی نقص‌ها است.
* ترموگرافی گذرا (ترموگرافی پله‌ای، روش موج حرارتی). در اصل، تحریک و ارزیابی مشابه ترموگرافی پالسی است، با این حال، طول پالس بسیار بزرگتر است. در مقایسه با ترموگرافی پالسی، به منابع برانگیختگی کم‌قدرت‌تری نیاز است. بنابراین می‌توان نواحی بزرگ‌تری را تجزیه و تحلیل کرد و زمان اندازه‌گیری کوتاه‌تر از ترموگرافی قفل‌شونده است. همانند ترموگرافی پالسی، حساسیت این روش توسط جهت هندسی نقص‌ها محدود می‌شود. لامپ‌های هالوژن منبع تحریک مناسبی برای این نوع ارزیابی هستند.
* تحریک مداوم. ساده‌ترین روش که فقط در کاربردهای خاص قابل استفاده است.

برای کاربردهای IRNDT معمولا از دوربین فروسرخ خنک شده با سرعت بالا و حساسیت زیاد استفاده می شود. با این حال، می توان از دوربین فروسرخ بولومتریک غیر خنک‌کننده با کاربردهای خاص مورد استفاده کرد. این امر می‌تواند هزینه‌های تهیه سیستم اندازه‌گیری را به طور قابل توجهی کاهش دهد.

سیستم‌های آزمون غیرمخرب فروسرخ معمولاً دارای ساختار ماژولار هستند.  به این  معنا که منابع برانگیختگی متفاوت می‌توانند با دوربین‌های فروسرخ متفاوت و شیوه های سنجش متعدد بسته به کاربرد، ماده مورد آزمون، نبازمندی های زمانی اندازه‌گیری، اندازه بخش مورد آزمون و غیره ترکیب شوند. ماژولار، استفاده عمومی از سیستم را برای کاربردهای مختفاوا صنعتی، علمی و تحقیقاتی ممکن می‌سازد.

## کاربردها

پرونده:IRNDT fig 03 en.jpg|نمایش نمونه آزمایش شده و نتایج آنالیز IRNDT.
روش IRNDT (آزمون غیرمخرب فروسرخ) برای شناسایی و بازرسی ترک‌ها، نقوص، حفره‌ها، فضاهای تهی و ناهمگنی‌ها در مواد مناسب است، همچنین می‌توان از این شیوه برای سنجش اتصالات جوش خورده قطعات فلزی و پلاستیکی، سنجش سلول‌ها و پنل‌های خورشیدی ، شناسایی ساختار درونی مواد و غیره استفاده کرد.

مزیت اصلی شیوه IRNDT، قابلیت سنجش مواد متفاوت در طیف گسترده ای از کاربردهای صنعتی و تحقیقاتی است. اندازه‌گیری با IRNDT سریع، غیرمخرب و بدون لمس است. محدودیت این شیوه، عمق سنجش همراه با ابعاد و جهت عیب یا ترک یا ناهمگنی در ماده می باشد.

بازرسی اتصالات جوش داده شده با لیزر
پرونده:IRNDT fig 04 en.jpg|آنالیز IRNDT قطعه پلاستیکی جوشکاری شده با لیزر با جوش معیوب و جوش صحیح.
جوشکاری لیزری پلاستیک‌ها یک فناوری پیشرفته برای اتصال مواد با خاصیت های نوری متفاوت است. روش‌های قدیمی برای آزمون کارایی جوش و کیفیت اتصالات جوش - مانند تحلیل میکروسکوپی برش متالوگرافی یا توموگرافی اشعه ایکس - برای اندازه‌گیری‌های روتین مناسب نیستند. تحلیل IRNDT پالس دار در بسیاری از موارد  می‌تواند با موفقیت برای سنجش جوش مورد استفاده قرار گیرد.

تصاویر؛ مثالی از سنجش قطعات پلاستیکی با جوش دارای نقص و با جوش بدون نقص را نشان می‌دهند. فاصله های موجود در جوش نقص دار و خط جوش بدون نقص و بدون توقف، هر دو در نتایج تحلیل پالس فلاش IRNDT به وضوح قابل دیدن هستند.

بازرسی اتصالات جوش داده شده با لیزر
پرونده:IRNDT fig 05 en.jpg|ارزیابی IRNDT با نشان دادن عیوب جوش و جوش صحیح اتصال لبه به لبه.
جوشکاری با پرتو لیزر یک فناوری نوین در زمینه جوشکاری ذوبی است. در حال حاضر این شیوه نه تنها در حوزه تحقیقات علمی، بلکه در صنایع متفاوت نیز کاربرد گسترده‌ای دارد و جایگاه خود را تثبیت کرده است. از جمله پرمصرف ترین کاربران این فناوری می‌توان به صنعت خودروسازی اشاره کرد که به دلیل نوآوری پی در پی و استوار خود، امکان پیاده‌سازی سریع فناوری‌های پیشرفته را در تولید فراهم می‌کند. مشخص است که جوشکاری لیزی  به طور گسترده ای از طرح‌های مهندسی را بهبود می‌بخشد و به همین دلیل مجموعه ای از محصولات جدید را به ارمغان می‌آورد که پیش تر با روش‌های سنتی قابل تولید نبودند.

جوشکاری لیزری قادر است جوش‌های با کیفیت را، چه در ورق های بسیار نازک و چه قطعات ضخیم، تولید کند. مواد قابل جوش شامل فولادهای کربنی مرسوم، فولادهای ضدزنگ ، آلومینیوم و آلیاژهای آن، مس ، تیتانیوم و در نهایت، مواد خاص و ترکیبات آنها هستند.

کنترل کیفیت بخش جدانشدنی  فرآیند تولید قطعات جوش است. برخلاف شیوه های تست غیرمخرب رایج، IRNDT نه تنها بعد از فرآیند جوشکاری لیزر، بلکه در حین آن نیز به کار گرفته می‌شود. این امر امکان تصمیم‌گیری در مورد انطباق یا نبود مطابقت قطعه جوش داده با اصول کیفی مشخص شده در حین فرآیند تولید فراهم می‌سازد.

آزمایش سلول‌های خورشیدی

ترموگرافی فعال، به‌ویژه ترموگرافی لاک-این، به‌طور گسترده برای بازرسی سلول‌های خورشیدی به کار می‌رود. با وجود اثربخشی این روش، ترموگرافی لاک-این اغلب نیازمند تماس فیزیکی با سلول خورشیدی برای اعمال برانگیختگی است. با این حال، روش‌هایی که از برانگیختگی دوره‌ای با استفاده از منابع نوری بهره می‌برند، امکان آزمون بدون تماسِ سلول‌های بدون الکترود را فراهم می‌کنند.

روش‌های رایجی همچون ترموگرافی لاک-این با تابش نوری (ILIT) و ترموگرافی لاک-این با ولتاژ مدار بازِ تحت تابش (VOC-ILIT) برای بررسی نقص‌ها یا مشکلاتی مانند شنت‌های اهمی، ترک‌ها، مدار باز یا اتصال کوتاه، و تخریب در مواد فتوولتائیک مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ترموگرافی پالسی نیز به عنوان روشی جایگزین و بدون تماس در حال بررسی است که زمان بازرسی را به‌طور قابل توجهی کاهش می‌دهد؛ با این وجود، معمولاً حساسیت کمتری نسبت به روش ILIT دارد.

## جستارهای وابسته
*آزمون ترموگرافی
*آزمون های غیر مخرب
*جوش با پرتو لیزر
*جوشکاری ترکیبی لیزر

## منابع
۱. Kotovshchikov, I. O. (2019)

عنوان: «ترموگرافی فعال به‌عنوان روشی معاصر برای تضمین کیفیت محصولات مواد کامپوزیتی»

منبع: IOP Conference Series: Materials Science and Engineering، جلد 683، شماره 1، مقاله 012076.

شناسه‌های انتشار: DOI: 10.1088/1757-899X/683/1/012076،  ISSN: 1757-8981.

---

۲. Skala, J.; Svantner, M.; Tesar, J.; Franc, A. (2016)

عنوان: «بازرسی ترموگرافی فعال آلودگی شیشهٔ محافظ در هدهای اسکن لیزری»

منبع: Applied Optics، جلد 55، شماره 34، صفحه D60.

شناسه: DOI: 10.1364/AO.55.00D60،  ISSN: 0003-6935.

---

۳. Švantner, Michal; Muzika, Lukáš; Moskovchenko, Alexey; Pereira, Celeste M.C.; Das, Shumit (2022)

عنوان: «مطالعهٔ تکرارپذیری بازرسی ترموگرافی پالسی-فلش در نمونه‌های کامپوزیت الیاف کربن»

منبع: Infrared Physics & Technology، جلد 126، مقاله 104350.

شناسه: DOI: 10.1016/j.infrared.2022.104350.

---

۴. Budzier, Helmut; Gerlach, Gerald (2018)

عنوان فصل: «ترموگرافی فعال»

منبع: در کتاب Handbook of Advanced Non-Destructive Evaluation، ویراستار: Norbert Meyendorf.

چاپ: اسپرینگر، شهر چام (Cham)، صفحات 1 تا 19.

شناسه: DOI: 10.1007/978-3-319-30050-4_13-1،  ISBN: 978-3-319-30050-4.

---

۵. Choi, Manyong; Kang, Kisoo; Park, Jeonghak; Kim, Wontae; Kim, Koungsuk (2008)

عنوان: «تعیین کمی عیب زیرسطحی در نمونهٔ مرجع با استفاده از ترموگرافی مادون‌قرمز لاک-این»

منبع: NDT & E International، جلد 41، شماره 2، صفحات 119 تا 124.

شناسه: DOI: 10.1016/j.ndteint.2007.08.006،  ISSN: 0963-8695.

---

۶. Muzika, L.; Švantner, M.; Kučera, M. (2018)

عنوان: «ترموگرافی لاک-این و پالسی برای آزمون سلول‌های خورشیدی»

منبع: Applied Optics، جلد 57، شماره 18، صفحات D90 تا D97.

شناسه: DOI: 10.1364/AO.57.00D90،  hdl:11025/29954، ISSN: 2155-3165.

---

۷. An, Yun-Kyu; Min Kim, Ji; Sohn, Hoon (2014)

عنوان: «ترموگرافی لاک-این لیزری برای آشکارسازی ترک‌های خستگی سطحی در سازه‌های فولادی بدون پوشش»

منبع: NDT & E International، جلد 65، صفحات 54 تا 63.

شناسه: DOI: 10.1016/j.ndteint.2014.03.004،  ISSN: 0963-8695.

---

۸. Bauer, Jan; Breitenstein, Otwin; Wagner, Jan-Martin (2009)

عنوان: «ترموگرافی لاک-این: ابزاری چندمنظوره برای تحلیل خرابی سلول‌های خورشیدی»

منبع: EDFA Technical Articles، جلد 11، شماره 3، صفحات 6 تا 12.

شناسه: DOI: 10.31399/asm.edfa.2009-3.p006،  ISSN: 1537-0755.}}

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر
رده:علم مواد