JU UNIVERZITET U TUZLI

MAŠINSKI FAKULTET

ODSIJEK:PROIZVODNO MAŠINSTVO

Seminarski rad iz Mašinske vizije

Tema: Termovizija

Čerkezović Armin Profesor: Dr.sc. Salko Ćosić.doc

Broj indeksa: II-244/07

1. Uvod

Tek 1960. godine pojavio se prvi komercijalni termografski sistem koji je davao sliku u

realnom vremenu i predstavljao je osnovu za razvoj novih metoda kontrole pri održavanju i

metoda mjerenja temperaturnih polja neophodnih u pojedinim istraživanjima. Mogućnost

beskontaktnog i daljinskog snimanja ukupnog temperaturnog polja površine posmatranog

objekta daje ogromne prednosti u odnosu na klasične načine određivanja

temperature.Razvijaju se metode za primjenu termovizije u mašinskim disciplinama koje se

zbog svoje primjenljivosti često koriste i interdisciplinarno.Danas naučnjaci koriste moderne

IC sisteme kojima su mogućnosti istraživačkog rada bitno poboljšane. 

Rješavanja problema vođenja ili prijelaza topline u nekim je slučajevima olakšano primjenom

termovizije u kombinaciji s numeričkim metodama. Preko snimljenih termograma i

postavljenih matematičkih modela moguće je dobiti temperaturnu raspodjelu unutar tijela ili

koeficijente prijelaza topline na površini posmatranog tijela.Potrebno je puno

eksperimentalnog rada da bi se dobili kvalitetni izrazi za određivanje koeficijenta prijelaza

topline.

2. Termovizija

Termovizija (od grčke riječi termo - toplo i latinskog glagola video, videre - vidjeti, gledati, u

bukvalnom prevodu: »gledanje toplote«, je sistem snimanja toplote objekata.

2

2.1. Termovizijsko snimanje

Termovizijsko snimanje predstavlja nekontaktni metod kojim se u djeliću sekunde registruje emitovanje toplote, odnosno infracrveno zračenje. Sva tijela emituju infracrveno zračenje, pa čak i led. Praćenje emitovanja tih zračenja našlo je široku primjenu za praćenje različitih pojava u različitim oblastima ljudskog djelovanja, kao što su elektronika, mašinstvo, građevinarstvo i arhitektura, ali i u medicini. U građevinarstvu se ovaj metod koristi da bi se identifikovala „loša” mjesta, kao i da bi se dala gruba procjena gubitka toplote. Kamere za termovizijsko snimanje su po spoljašnjem izgledu slične filmskim kamerama, ali su posebno prilagođene da „vide” onaj dio infracrvenog spektra koji je za ljudsko oko nevidljiv, te se zato nazivaju još i infracrvenim kamerama.

2.2. Čitanje termograma (termo slika)

Termovizijske fotografije privlače pažnju zbog svojih živopisnih boja i činjenice da prikazuju svijet koji je ljudskom oku nedostupan. Ipak, njihova svrha je da realno prikažu postojeće stanje emitovanja toplote, a tek nakon njihove obrade mogu se izvoditi zaključci. Svaki termogram predstavlja sliku za sebe, jer poseduje sopstvenu paletu boja, i dva termograma se ne mogu porediti po bojama, čak i u slučaju kada se radi o istim objektima. Stoga, uz svaki termogram mora postojati skala boja, koja boje dovodi u vezu sa temperaturom. Da bi se precizno mogle odrediti temperature, termovizijska kamera sačinjava i temperaturni dijagram koji prikazuje promjenu temperature na objektu i to samo duž linije koja je povučena na termogramu. Što su boje ujednačenije na termogramu, to je ujednačenije predavanje toplote, i obrnuto. Da bi se ustanovila okvirna mjera količine toplote potrebno je uzeti u obzir razliku između spoljašnje i unutrašnje temperature zida i vazduha (spoljašnji i unutrašnji snimak). Svjetlije i toplije boje (žuta, crvena) ukazuju na toplija mesta, a tamnije i hladne boje (plava, ljubičasta) na hladna mesta.

2.3. Termovizijski uređaj

Termovizijski uređaji su nastali zbog potrebe povećanja efikasnosti pri posmatranja noću i u

uslovima smanjene dnevne vidljivosti ili loših vremenskih prilika. Prva ispitivanja senzora

koji mjere sopstvena zračenja pozadine i objekta vezana su za eksperimente u IR (Infra Red)

dijelu spektra još 1900.godine. Prve upotrebe IR senzora u vojne svrhe zabilježene su

u Prvom svjetskom ratu, detektovanjem aviona na rastojanju od 1,5 km, a čovjeka na 0,3km.

Brz razvoj IR sistema između dva rata doveo je do njihove velike upotrebe u Drugom

svjetskom ratu. Razvoj tehnologije je omogućio dobijanje IR slike na osnovu zračenja daleke

1919. god. a tek oko 1930. godine razvijeni su prvi uređaji za posmatranje zračenja u IR

obimu. Tokom ranih šezdesetih godina prošlog vijeka počeo je razvoj uređaja koji su

sposobni da detektuju vidljivu svjetlost niskog intenziteta (mjesečev sjaj, zvijezde) uz

primjenu pojačivača svijetlosti, do korisnog upotrebljivog nivoa za ljudsko oko. Ovi sistemi

rade na detekciji reflektovane radijacije izvora niskog intenziteta. Spektralna osjetljivost je

bila ograničena na vidljivi dio spektra a povećanje granične talasne dužine osjetljivosti

omogućilo je rad u području (0,9 m). Tako su nastali multispektralni skeneri koji daju IR

sliku terena iz vazduha. Razvijene su diode koje detektuju nizak nivo termalne radijacije.

3

Tako je nastao uređaj za termovizijsku sliku, koja se formira na osnovu sopstvenog zračenja

objekta. Zračenje terena u IR dijelu spektra zavisi od temperature objekta i pozadine, vrste i

fizičkog sastava objekta i okoline, kao i zračenja sunca. IR senzori na principu linijskog

skeniranja, imaju uglavnom dva obima rada: - od 3-5 m (niži obim), i obim - od 8-14 m (viši

obim). Pri prostiranju kroz atmosferu slabljenje elektromagnetnih talasa je selektivno u

odnosu na talasne dužine i sastav atmosfere. Prijemna optika ima zadatak da sakuplja

elektromagnetnu energiju i usmjerava je na detektor. Svaki objekat na temperaturi

iznad apsolutne nule (-273 0C) emituje termalnu energiju u infracrvenom

regionu elektromagnetnog spektra, ali njen veliki dio biva rasijan i apsorbovan u atmosferi. U

okvirima ovih prozora apsorpcija je minimalna i u njima se vrši detektovanje i praćenje.

Detekcija i praćenje objekata u ovim dugo talasnim regionima se zasniva na mjerenjima

temperature i emituje se između objekata i pozadine. Ključna kola u ovim mjerenjima su

kvantni detektori. Kvant je određena količina energije na datoj talasnoj dužini i kvantni

detektor je sklop koji prima količinu toplote kvanta. Najzastupljeniji materijal je kadmijum

merkuri telurid (CMT-Cadmium Mercury Telurid), koji mjenja električnu otpornost kada

primi kvant toplote.

2.4. Osnovne tehnike formiranja termalnih slika

Slika nastala termovizijskim sistemom predstavlja objekte i scenu u kojima je kontrast slike

rezultat zračenja i emisivnosti tijela na različitim temperaturama objekta i pozadine. Sam

proces stvaranja termalne slike se razlikuje od načina formiranja slike u vidljivom dijelu

spektra. Termalno zračenje zavisi samo od temperature i emisivnosti tijela i ako je

temperatura tijela veća od apsolutne nule (-273.160C) po teorijskom modelu zračenja crnog

tijela, elektromagnetni spektar teorijski obuhvata sve talasne dužine. Međutim, u praksi

objekti se nalaze na pozadini koja mijenja njihovu temperaturnu signaturu, i objekti ne zrače

kao idealna crna tijela. Ove činjenice ukazuju da termalna slika nosi više informacija nego

standardna slika u vidljivom dijelu spektra, dobijena procesom refleksije zračenja izvan

samih objekata. Svi postojeći termovizijski senzori mogu se razvrstati po principu rada na

dvije osnovne vrste.

To su:

termovizijski sistemi sa linijskim skeniranjem (IRLS- Infra Red Line Scaning) i

termovizijski sistemi sa detektorima u fokusnoj ravni (FPA-Focal Plane Array).

Formiranje termalne slike, posmatrano sa tehnološkog aspekta, prolazilo je kroz četiri

osnovne faze. U samom početku infracrveni lik objekta se formirao korištenjem infracrvenog

detektora sa hlađenjem.

4

Odraz na slici se formirao kretanjem skenirajućeg ogledala po horizontalnoj i vertikalnoj

ravni na koji pada IR zračenje sa terena, analizirajući jedan po jedan element slike.

Reflektujući se od ogledala, IR zračenje prolazi kroz optiku i pada na diskretni detektor. Ova

vrsta detektora nazvana je elektomehaničkim skenerima. Fotoprovodnik CMT je veoma

osjetljiv materijal za detektore i radi na veoma niskim temperaturama, gde je odnos

signal/šum visok. Potrebno je da se detektor hladi na temperaturi oko 80 K. Njegova

konstrukcija zavisi od metode hlađenja, kao što je termoelektrična (Jull-Thompson) ili

korištenjem motora sa zatvorenim ciklusom hlađenja, na primjer korištenjem principa

Stirlingovog ciklusa. Pojavom linijskih detektora, prešlo se na skeniranje metodom linija po

linija (linijski skeneri). Ovde se vrši skeniranje terena linijom od n detektorskih elemenata.

Jednoelementni CMT detektor se koristi za formiranje slike malom brzinom. U sistemima

koji rade sa brzinom od 25 fps (frame fer second), i tamo gde je potrebna velika rezolucija u

realnom vremenu, koristi se detektorski niz. Elemenat detektorskog niza se optički skenira i

stvara sliku. Nedostatak ovih metoda skeniranja je složenost elektronskih uređaja potrebnih

za obradu signala. U poslednje vreme pojavom tzv. SPRITE (Signal Processing In The

Element) detektora, kao jedne vrste linijskih rednih skenera, postiže se bolji kvalitet slike, uz

manju cijenu i veću brzinu rada. Ovakav način formiranja termalne slike nazvan

je elektromehanički. U ovoj metodi, još uvek postoji skenirajuće ogledalo koje se okreće po

horizontalnoj i vertikalnoj osi. SPRITE detektori predstavljaju specijalnu vrstu termovizijskih

senzora koja je zasnovana na principu linijskih rednih skenera. U SPRITE detektoru svaki red

"in-line" elementa slike se formira iz jedne trake CMT elementa. Drugim rečima detektorski

niz fotoosetljivih dioda zamjenjen je ekvivalentnom fotoosetljivom trakom. Sistemi za

formiranje termalnih slika sa SPRITE detektorima su manje kompleksni a više efikasni od

"in-line" detektorskih sistema. Dimenzije kvantnog detektora su ograničene kompromisom

između smanjenja faktora termalnog šuma i cijene materijala. Pojavom takozvanog

mozaičnog sistema za formiranje termalne slike, na najbrži način se dolazi do infracrvene

slike terena, bez skenirajućih elemenata. Poslednje dvije metode koriste se pored

standardnih sočiva i objektiva, kolimator i svetlosni disperzer.

5

3. Primjena termovizije

Termovizija je posebna primjena infracrvene termografije kada nije potrebno precizno izraziti

temperaturne vrijednosti snimanog objekta već samo prikazati njegovu ic sliku. Ovakve ic

uređaje koristi vojska, policija vatrogasne jedinice.  IC uređaji termovizije koriste se kao

zemaljski stacionarni ili mobilni, koji mogu biti ugrađeni u posebno opremljena vozila.

Upotreba termovizijskih uređaja iz zraka posjeduje velike mogućnosti. Termovizijom se prate

požari i požarišta, osobe zarobljene u požarom zahvaćenom objektu, prati se promet iz zraka,

noćna oku nevidljiva neželjena kretanja, kontrolira se sigurnost državnih granica i objekata. 

3.1. Primjena u mašinstvu

Osiguranje proizvodnog procesa u pogonu bez zastoja 24 sata na dan, 365 dana u godini, izbjegavanje skupih kvarova, poboljšanje pouzdanosti kompletnog sistema – to su današnji zahtjevi ili problemi moderne proizvodnje.  Kako bi osigurale neprekidnu operativnost pogona, mnoge su se industrijske grane odlučile na izradu programa preventivnog održavanja predviđanjem.  Jedan od najdragocjenih dijagnostičkih alata u programima za predviđanje održavanja je infracrvena termografija. U mnogim industrijskim granama mehanički sistemi su osnov svih operacija.  Termografski podaci mogu biti neprocjenjivi izvori komplementarnih informacija pri analizi vibracija kod proučavanja mehaničke opreme.  Obično kada se mehaničke komponente istroše i postanu manje učinkovite, temperatura im raste iz minute u minutu. Kao posljedica toga temperatura na neispravnoj opremi ili sistemima narasti će prije nego što dođe do samog kvara.  Tipični primjeri mehaničkih kvarova koji se mogu otkriti pomoću infracrvene termografije su pregrijani motori, točkići, preopterećene pumpe, pregrijane osovine motora, vruća ležišta… Pomoću automatske detekcije najosjetljivijih mjesta i preklapanju preko ispravnog prikaza možemo lako usporediti temperature različitih motora, a onda započeti daljnja ispitivanja pregrijanog motora. Da bismo obavili potpunu infracrvenu provjeru pokretne opreme prikaz se treba skenirati na frekvenciji od 50 herca. Skeniranja na nižim frekvencijama daju nejasnu infracrvenu sliku. Mehanički sistemi će se pregrijati ukoliko na nekom mjestu u sistemu dođe do razdešenja. Zahvaljujući karakteristici ic opreme, kao što je linijski profil , može se odmah vidjeti postoji li kakav problem.  Pokretne trake su još jedan primjer mehaničkog pogonskog stanja. Ukoliko je neki od ležajeva istrošen jasno će se vidjeti na infracrvenom zapisu, pa se jednostavno njegovom zamjenom ponovno postiže uredno stanje prijenosa. Bilo da je područje vašeg interesa ispitivanje električnih instalacija, mehaničke opreme, vatrostalne opreme ili opreme za cjevovode, detekciju baklji i razine rezervoara, te puno, puno više, infracrvena termografija savršeni je alat za nadzor predviđanja održavanja. Na slikama su prikazani primjeri iz prakse.

6

4. Ispitivanje temovizijom obuhvaća 

VN postrojenje 

Spojevi provodnih izolatora, spojevi sabirnica, spojevi sabirnica i uređaja, spojevi kablova i uređaja, unutarnji kontakti malouljnih prekidača, zagrijavanje osigurača, dosjedi rastavljača, nepravilna zagrijavanja SMT i NMT-a, parcijalna izbijanja na izolatorima, kablovima i kablovskim glavama, slabo presane stopice kablova. 

Transformatori 

Parcijalna izbijanja na VN strani, Spojevi na VN i NN dijelu, Spojevi stezaljki i provodnih izolatora, unutarnji spoj provodnog izolatora, spoj uzemljenja, zagrijavanje kućišta, nepravilno hlađenje, spojevi sabirnica. 

NN razvod 

Spojevi sabirnice ili kablova na sklopku, osigurače, SMT, stopice kablova, unutarnji kontakti sklopki, dosjedi osiguraca, kablovske glave. 

7

Kompenzacija 

Spojevi kablova na sklopnike i postolja osigurača, unutarnji kontakti sklopnika, dosjedi osigurača, zagrijavanje osigurača, pregoreni osigurači, kontakti bimetala, stopice kablova, spojevi sa baterijama, baterije. 

Razvodni ormari 

Redne stezaljke, spojevi na uređaje, grebenaste sklopke, stopice kablova, bimetali, sklopnici, sklopke, razne izvedbe postolja osigurača, releji, SMT, inverteri, zagrijavanje kablova, nedovoljna ventilacija. Šinski razvodni ormari (zagrijavanje kućišta i kablova). 

MEHANIKA 

Elektro-motori (pumpe) 

- Zagrijavanje kućišta motora, ležajevi elektromotora, razvodna kutija motora, - Spojke, reduktori, ventilatori, remenice, - Termo izolacija kotlova, cijevi - Puknuća cijevi - Zagrijavanja u procesu ( temperaturne raspodjele) 

Izvještaj sačinjava: 

- Popis pregledane opreme - Sažet popis svih kvarova i preporuke - Pojedinačni izvještaj za svaki kvar, sumnju ili referentni primjerak 

Pojedinačni izvještaj sadrži: 

- Termovizijsku i realnu sliku - Lokaciju kvara, opis kvara - Nominalna i trenutna struja uređaja - Temperaturna razlika u odnosu na referentnu temperaturu pri trenutnom opterećenju i pri nominalnom opterećenju i na temelju toga preporuku o hitnoći - Mjesto za bilješke o izvršenoj sanaciji 

8

9

5. Zaključak

Cilj ovog rada je bio upoznavanje sa disciplinom termovizije, upotrebom opreme za termoviziju. Iz rada je moguće zaključiti svrhu, način primjene, mjesta primjene, razloge upotrebe i olakšsanja koja nam se pružaju pri primjeni opreme za termoviziju. Razmotrena je i primjena termovizjie u praksi. Jako bitna činjenica je da treba imati sposobnosti i stečeno iskustvo za čitanje termograma. U održavanju sistema termovizija ima jako bitnu ulogu.

6. Literatura

10

http://www.huict.hr/index.php?page=infrared http://sr.wikipedia.org/sr/Termovizija#Termovizijsko_snimanje http://www.inmes.hr/main.aspx?content=service

7. Sadržaj

11

1.Uvod…………………………………………………….……………………………….2

2.Termovizija…………………………………………….………………………………..2

2.2.Termovizijsko snimanje………………………………………………………………3

2.3.Tumačenje termograma (termo slika)………………………………………………….3

2.4.Termovizijski uređaj………………………………………….……………………….3

2.5.Osnovne tehnike formiranja termalnih slika…………………………………………4

3.Primjena termovizije……………………………………………………………………..6

3.1.Primjena u mašinstvu…………………………………………………………………6

4.Ispitivanje temovizijom obuhvaća ……………………………………………………..7

5.Zaključak……………………………………………………………….………………..10

6.Literatura………………………………………………………………..………………11

7.Sadržaj……………………………………………………………….………………….12

12