Teoretické základy bezdotykového měření

Teoretické základy bezdotykového měření

Z podkladů: Ing. Jana Dvořáka Vedoucí cvičení: Ing. Daniela Veselá

Speciální technika a měření v oděvní výrobě

Zákony vyzařování • popisují vlastnosti tepelného záření • jsou to: – Kirchhoffův zákon vyzařování – Stefan-Boltzmannův zákon vyzařování – Wienův posunovací zákon – Planckův zákon vyzařování Speciální technika a měření v oděvní výrobě

2

Tepelné záření • elektromagnetická energie, kterou vydávají zahřívaná tělesa ze svého povrchu • část spektra elektromagnetického záření


3

• termometrie využívá infračervené (IČ) pásmo záření • IČ pásmo se dělí na čtyři skupiny: – near infrared - blízké IČ (0,75 - 3 μm) – middle infrared - střední IČ (3 - 6 μm) – far infrared - vzdálené IČ (6 - 15 μm) – extreme infrared - velmi vzdálené IČ (15 100 μm) Speciální technika a měření v oděvní výrobě

4

Kirchhoffův zákon αv = ε v • Spektrální pohltivost αv povrchu libovolné látky se rovná jeho spektrální emisivitě εv , neboli povrchy těles, jenž dobře pohlcují záření jsou i dobrými zářiči.


5

Stefan-Boltzmannův zákon

M = σT

4

kde značí: M - intenzitu vyzařování; σ - Stefan-Boltzmannovu konstantu, σ = (5,670 51 ± 0,000 19) .10-8 [W .m-2 .K-4];

T - teplotu objektu. Pro nečerné zářiče je pak vztah doplněn jeho emisivitou ε upraven:

M = εσT


4 6

Wienův zákon posuvu

λmaxT = b kde značí: λmax - maximální vlnovou délku; T - teplotu tělesa; b - Wienovu konstantu, b = (2, 897 756 ± 0,000 024) .10-3 [m .K].


7

Planckův zákon vyzařování M 0λ

2πhc 2 c1 = = hc ⎞ c2 ⎞ 5⎛ 5⎛ − 1⎟ λ ⎜ exp ⎟ λ ⎜ exp kλT ⎠ λT ⎠ ⎝ ⎝

kde značí: M0λ - spektrální intenzitu vyzařování [W .m-3]; h - Planckovu konstantu, h = (6,626 075 5 ± 0,000 004 0) .10-34 [J .s]; k - Boltzmannovu konstantu, k = (1,380 658 ± 0,000 012) .10-23 [J .K-1]; c - rychlost světla ve vakuu, c = (2,997 930 ± 0,000 003) .108 [m .s-1]; c1 - konstantu, c1 = 3,7413.10-16 [W .m2]; c2 - konstantu, c2 = 1,4388.10-12 [K .m].


8

spektrální hustota intenzity vyzařování [W/cm2 x 103 [μm]]

Intenzita vyzařování podle Planckova zákona

vlnová délka [μm] Speciální technika a měření v oděvní výrobě

9

Černé těleso • maximálně vyzařuje a maximálně pohlcuje záření • v praxi nahrazováno dutinou s malým otvorem, jejíž vnitřní povrch je černý

• emisivita tohoto tělesa je 1 Speciální technika a měření v oděvní výrobě

10

intenzita vyzařování [W/cm2/μm]

Záření černého tělesa podle Planckova zákona

vlnová délka [μm] Speciální technika a měření v oděvní výrobě

11

Nečerné zářiče • všechna reálná tělesa • záření těchto těles má tři složky: – pohltivost α – odrazivost ρ – propustnost τ • součet všech tří složek je roven jedné bez ohledu na vlnovou délku λ:

α λ + ρλ + τ λ = 1 Speciální technika a měření v oděvní výrobě

12

Emisivita • bezrozměrná veličina v rozsahu <0,1> • vlastnost povrchu tělesa, která je závislá na jeho teplotě a vlnové délce vydávaného záření • poměr intenzity vyzařování tepelného zářiče a intenzity vyzařování dokonalého zářiče,tj. černého tělesa při stejné teplotě kde značí:

M ε= MČ

– ε - emisivitu; – M - intenzitu vyzařování tepelného zářiče; – MČ - intenzitu vyzařování černého tělesa. Speciální technika a měření v oděvní výrobě

13

Emisivita měřeného objektu • Stanovení emisivity: – z tabulek dle materiálového složení a jeho úpravy, – experimentálně pomocí známé teploty měřeného objektu.


14

Termokamery • Kamery dostupné na Katedře oděvnictví: – ThermaCamTM S60, – Ruční kamera Fluke Ti25.


15

Uplatnění při hodnocení textilních výrobků • Alternativní metoda hodnocení fyziologického komfortu textilií např.: – tepelně-izolační vlastnosti oděvu, – šíření vody – potu textilií. Kapka vody na textilii:


16

Další možnosti uplatnění v textilním a oděvním průmyslu • Sledování zahřívání strojní šicí jehly v důsledku tření o šité dílo. • Sledování změn teplot a vyhřívání ploch žehlících a podlepovacích strojů. • Sledování destrukce textilních materiálů.


17

Termovizní Kamera ThermaCam S 60


18

Spektrální rozsah termovizní kamery ThermaCAMTM S60.

Elektromagnetické spektrum:

7

2 μm

7,5 μm

13 μm

1.

rentgenové záření;

2.

ultrafialové záření;

3.

viditelné záření;

4.

infračervené záření;

5.

mikrovlné záření;

6.

radiové záření;

7.

spektrální rozsah termovizní kamery ThermaCAMTM S60.


19

Výrobce – FLIR Systems, Švédsko Kamera – model 661 Rok – 1969 Hmotnost celkem: cca 60 kg


20

Výrobce – FLIR Systems, Švédsko Kamera – model E2 Rok – 2002 Hmotnost celkem: cca 0,7 kg


21

Snímek kamery na KOD


22

Horní strana kamery

- tlačítka A,S,C

C S A Speciální technika a měření v oděvní výrobě

23

Funkce tlačítka A Krátký stisk: - spuštění shutteru - clonky (automatické vyladění obrazu) Dlouhý stisk - automatické zaostření kamery (ostří se do obdélníku ve středu obrazovky) Speciální technika a měření v oděvní výrobě

24

Funkce tlačítka S Krátký stisk: - zastavení/spuštění obrazu Dlouhý stisk - uložení obrazu do předem nastavené paměti


25

Funkce tlačítka C Krátký stisk: - funkce Clear - např. zrušení atuální nabídky apod.


26

Zadní strana kamery - joystick - ON/OFF - vstup pro externí paměťovou kartu - video výstup - konektor napájení - komunikační rozhran í FireWire (IEEE 1394) Speciální technika a měření v oděvní výrobě 27

Zadní strana kamery

- infračervené komunikační spojení IrDA

- hledáček

- kolečko pod hledáčkem, p ř izp ů soben í optiky oku Speciální technika a měření v oděvní výrobě

28

Funkce joysticku stisk

funkce Enter (potvrzení)

←→

zoom (max. 8x)

↑↓

manuální zaostření


29

Boční strana kamery

- displej - konektor dálkového ovládání

programovatelná tlačítka: F1, F2, +/Speciální technika a měření v oděvní výrobě

30

LCD displej stavu kamery stavový pruh baterie indikátor baterie

indikátor externího napájení indikátor ON/OFF indikátor komunikace

indikátor externí stavový pruh indikátor rychlého paměťové pam.karty záznamu nepoužito karty Speciální technika a měření v oděvní výrobě

31

Dálkové ovládání


32

Dálkové ovládání - k dispozici tlačítka A,S,C i joystick


33

Přední strana kamery - laserový zaměřovač - objektiv digitální video kamery - IR objektiv - USB komunikační rozhraní - konektor pro sluch á tka a mikrofon Speciální technika a měření v oděvní výrobě

34

Laserový zaměřovač kryt laseru

- pomůcka pro zaměřování laser výkon: 1mW λ = 635 nm

spouštěč laseru Speciální technika a měření v oděvní výrobě

35

Paměti v kameře • vnitřní – cca 50 snímků (je součástí kamery) • vnější – dáno kapacitou externí karty • POZOR! V rámci kamery není možnost přesunu dat z vnitřní paměti do vnější a naopak.


36

Objekty na obrazovce kamery 1. Tabulka výsledků

- v tomto případě zobrazuje teplotu jednoho bodu, max. teplotu jednoho pravoúhelníku, min. teplotu jednoho kruhu a teplotu jedné čáry Speciální technika a měření v oděvní výrobě

37

Objekty na obrazovce kamery 2. Stavový řádek

- informace o externí teplotě odražené, teplotě atmosféry, vzdálenosti měřeného objektu, informaci o objektivu, datumu, času, rel. vlhkosti – vše volitelné Speciální technika a měření v oděvní výrobě

38

Objekty na obrazovce kamery 3. Stupnice teplot


39

Objekty na obrazovce kamery 4. Systémové stavové zprávy - zastaveno aktuální obraz zastaven - ručně ruční režim nast. teplot.stupnice - restarování restart na nastavení výrobce - ukládá se jako ukládání obrázku, sequence…


40

Objekty na obrazovce kamery 5. Systémové varovné zprávy - slabá baterie

podkritická úroveň nabití baterie - probíhá vypínání kamera se vypne okamžitě - probíhá vypínání za 2 sekundy k vypnutí kamery dojde za 2 sekundy Speciální technika a měření v oděvní výrobě

41

Objekty na obrazovce kamery 6. Měřící funkce na displeji

- kruh, pravoúhelník a bod - je-li na bodě zobrazena ruka, tzn. pomocí joysticku lze bod posouvat Speciální technika a měření v oděvní výrobě

42

Objekty na obrazovce kamery 7. Měřící funkce na displeji

- čára s profilem - bod (kurzor) lze posouvat a získávat tak informaci o teplotě v konkrétním místě profilu Speciální technika a měření v oděvní výrobě

43

Nabídka Soubor - odkaz otevřít - otevření již existujicích termoobrazů - po stisku Enter se objeví možnost výběru obrazu z paměti


44

Nabídka Soubor - odkaz otevřít + stisk Enter


45

Nabídka Soubor - odkaz uložit - uložení atuálního termoobrazu do přednastavené paměti a adresáře - zkráceně lze dlouhým stiskem tlačítka S Speciální technika a měření v oděvní výrobě

46

Nabídka Soubor - odkaz adresáře - vytvoření/odstranění adresáře - nastavení defaultní cesty


47

Nabídka Soubor - odkaz odstranit obraz - vymazání obrazu z paměti


48

Nabídka Soubor - odkaz periodické ukládání - ukládání termoobrazů do kamery ve formátu *.jpg v určitém intervalu (min.10s), je-li aktivní fce Rychle, kamera ukládá max. možnou rychlostí


49

Nabídka Soubor - odkaz periodické ukládání


50

Nabídka Soubor - odkaz rychlý záznam - nahrávání sekvencí (*.seq)


51

Nabídka Soubor - odkaz rychlý záznam


52

Nabídka Soubor - odkaz zvukový komentář - přidání zvukového komentáře k obrazu


53

Nabídka Soubor - odkaz textový komentář - přidání textového komentáře k obrazu


54

Nabídka Rozbor - odkaz režim úprav - aktivován režim úprav termoobrazu


55

Nabídka Rozbor - odkaz přidat bod - přidání bodu - dlouhé Enter = místní nabídka bodu


56

Nabídka Rozbor - odkaz přidat bod + dlouhé Enter nastavení místních parametrů bodu


57

Nabídka Rozbor - odkaz přidat pravoúhelník - přidání pravoúhelníku - dlouhé Enter = místní nabídka pravoúhelníku

zobrazovaná teplota u pravoúhelníku Speciální technika a měření v oděvní výrobě

58

Nabídka Rozbor - odkaz přidat pravoúhelník + dlouhé Enter místní nabídka pravoúhelníku


59

Nabídka Rozbor - odkaz přidat kruh - přidání kruhu - dlouhé Enter = místní nabídka kruhu


60

Nabídka Rozbor - odkaz přidat řádek - přidání řádku (profilu) - dlouhé Enter = místní nabídka řádku


61

Nabídka Rozbor - odkaz přidat izotermu - přidání izotermy - dlouhé Enter = místní nabídka izotermy


62

Nabídka Rozbor - odkaz přidat izotermu + dlouhé Enter místní nabídka izotermy


63

Nabídka Rozbor – typy izoterm - nad

všechny pixely s teplotou vyšší než nastavená teplota se zobrazí stejnou předvolenou barvou izotermy

- pod analogie případu nad - interval všechny pixely mezi nast. teplotami se zobrazí stejnou – předvolenou barvou

- duální nad

všechny pixely ve dvou sousedních tep. pásmech budou zobrazeny dvěma předvolenými barvami izoterm

- duální pod

analogie případu duální nad Speciální technika a měření v oděvní výrobě

64

Nabídka Rozbor - odkaz přidat rozdíl - přidání výpočtu rozdílu, který se zobrazí ve výsledkové tabulce


65

Nabídka Rozbor - odkaz referenční teplota - nastavení referenční teploty - kamera ji používá pro výpočet teplotních rozdílů


66

Nabídka Rozbor - odkaz odebrat vše - odebrání měřících funkcí


67

Nabídka Rozbor - odkaz parametry objektu - nastavení parametru objektu - jsou používány všude tam, kde nejsou parametry nastaveny místně


68

Nabídka Rozbor - odkaz zrušit místní parametry - zrušení všech místně nastavených parametrů


69

Nabídka Obraz - odkaz vizuální/IR - přepínání mezi obrazem vizuálním (z digitální video kamery) a termoobrazem


70

Nabídka Obraz - odkaz zastavení obrazu/živý obraz - zastavení obrazu na displeji - vhodné provést např. před uložením


71

Nabídka Obraz - odkaz rozsah - nastavení měřícího rozsahu kamery


72

Nabídka Obraz - odkaz ruční nastavení/průběžné nastavování - přepínání mezi ručním a průběžným nastavováním úrovně a rozpětí teplot - je-li vybráno ruční nastavení, aktivuje se nabídka úroveň/rozpětí


73

Nabídka Obraz - odkaz úroveň/rozpětí - ruční nastavování úrovně a rozpětí teplot


74

Nabídka Obraz - odkaz paleta - výběr z několika barevných teplotních palet


75

Nabídka Obraz - odkaz skrýt grafiku - skrytí veškerých měřících a informačních funkcí na displeji


76

Nabídka Nastavení - odkaz obraz


77

Nabídka Nastavení - odkaz obraz

- nastavení oblasti, která se použije při automatickém seřízení kamery Speciální technika a měření v oděvní výrobě

78

Nabídka Nastavení - odkaz napájení


79

Nabídka Nastavení - odkaz stavový řádek


80

Nabídka Nastavení - odkaz tlačítka

- definování programovatelných tlačítek Speciální technika a měření v oděvní výrobě

81

Nabídka Nastavení - odkaz rozdíl

- příkaz, který počítá rozdíl mezi dvěma měřícími funkcemi nebo měřící funkcí a referenční teplotou


82

Nabídka Nastavení - odkaz uložit

- nastavení parametrů při ukládání, je možné při ukládání např. vyzvat ke vložení zvukového nebo textového komentáře


83

Nabídka Nastavení - odkaz místní nastavení


84

Nabídka Nastavení - odkaz nastavení výrobce

- dojde k restartu kamery s parametry nastavenými výrobcem


85

Typy ukládaných souborů - IR - DC - SEQ

termoobrazy snímky digitální videokamery sekvence

Kamera disponuje vlastní tabulkou emisivit, z níž je možné vhodnou emisivitu vybrat. Speciální technika a měření v oděvní výrobě

86

Technické specifikace - zobrazovací f - typ detektoru

50-60 Hz FPA (focal plane array), mozaikový nechlazený mikrobolometr - spektr.rozsah detek. 7.5 – 13 μm - rozlišení detektoru 320 x 240 pixelů - teplotní rozsahy -40°C ÷ +120°C 0°C ÷ +500°C +350°C ÷ +1500°C - přesnost ± 2°C nebo ± 2% z tepl.v °C Speciální technika a měření v oděvní výrobě

87

Technické specifikace - laser - typ baterie - provozní doba bat. - napájení kamery - provoz kamery - skladování kamery

polovodičový diodový AlGaInP, 1 mW, 635 nm nabíjecí Li/Ion, 1,5-2 hod. AC napáječ, 90-260 V AC, 50-60 Hz, výstup 12 V DC -15°C ÷ +50°C; RH 10-95% -40°C ÷ +70°C; RH 10-95%


88

Ukázka termoobrazu a DC obrazu z kamery


89

V této prezentaci byly použity materiály: • Ing. Jan Dvořák - prezentace o termovizních kamerách • FLIR Systems. [online]. [11.2.2010]. . • "TMV SS" spol. s r.o. [online]. [11.2.2010]. . • Fluke Corporation [online]. [11.2.2010]. .


90

Teoretické základy bezdotykového měření

Recommend Documents