לוקליזציה פגם תת קרקעי על ידי חימום מובנה באמצעות לייזר מוקרן Photothermal Thermography

Summary

שיטה זו שואפת לאתר פגמים אנכיים תת קרקעיים. כאן, אנו זוג לייזר עם אפנן אור מרחבי ולהפעיל קלט הווידאו שלה לחמם משטח מדגם דטרמיניסטית עם שני קווי אנטי אפקט מודולציה בעת רכישת תמונות תרמית נפתרה מאוד. העמדה פגם הוא נלקח מן הערכת גל הפרעה מינימלית גל.

Abstract

השיטה המוצגת משמש לאיתור פגמים מתחת לפני השטח, באופן אופייני אל פני השטח. כדי להשיג זאת, אנו יוצרים הרסנית להפריע שדות גל תרמי מופרעים על ידי פגם. השפעה זו נמדדת ומשמשת לאיתור הפגם. אנו יוצרים את שדות הגל המפריעים באופן הרסני באמצעות מקרן שונה. מנוע האור המקורי של המקרן מוחלף בלייזר דיודה בעל הספק גבוה עם סיבים. הקורה שלה מעוצבת ומתאימה למודול האור המרחבי של המקרן וממוטבת לתפוקה אופטימלית אופטימלית ולהקרנה הומוגנית, על ידי אפיון פרופיל הקורה, ושנית, תיקון זה באופן מכני ומספרי. מצלמת אינפרא אדום (IR) בעלת ביצועים גבוהים מוגדרת על פי המצב הגיאומטרי הצר (כולל תיקונים בעיוותים הגיאומטריים) והדרישה לאתר תנודות טמפרטורה חלשות על פני השטח המדגם. רכישת נתונים ניתן לבצע פעם סינכרוןRonization בין הפרט שדה גל תרמי מקורות, את הבמה סריקה, ואת מצלמת אינפרא אדום הוא הוקם באמצעות הגדרת הניסוי ייעודי אשר צריך להיות מכוונן את החומר הספציפי הנחקר. במהלך עיבוד הנתונים, המידע הרלוונטי על נוכחותו של פגם מתחת לפני השטח של המדגם מופק. הוא נלקח מהחלק המתנודד של הקרינה התרמית הנרכשת שמקורה מה שנקרא קו דלדול של משטח המדגם. המיקום המדויק של הפגם הוא להסיק מניתוח של הצורה המרחבית-טמפורלית של תנודות אלה בשלב הסופי. השיטה היא ללא התייחסות רגיש מאוד לשינויים בתוך שדה גל תרמי. עד כה, השיטה נבדקה עם דגימות פלדה אבל הוא ישים לחומרים שונים, כמו גם, בפרט לחומרים רגישים לטמפרטורה.

Introduction

הלייזר המוקרן לייזר תרמוגרפיה (LPPT) השיטה משמשת כדי לאתר פגמים מתחת לפני השטח, כי הם מוטבע בנפח של הדגימה הבדיקה מכוונת בעיקר בניצב על פני השטח שלה.

השיטה משתמשת בהפרעה הרסנית של שני שדות גל אנטי-שלבי תרמי של אותו התארכות ותדירות כפי שמוצג באיור 1b . בחומרים איזוטרופיים נטולי פגם, הגלים התרמיים מנטרלים באופן הרסני ( כלומר אפס תנודה) במישור הסימטריה על ידי סופרפוזיציה קוהרנטית. במקרה של חומר עם פגמים מתחת לפני השטח, השיטה מנצלת את האינטראקציה של המרכיבים לרוחב ( כלומר, בתוך המטוס) בין זרימת החום הארעית לבין פגם זה. אינטראקציה....

Protocol

הערה: שים לב: שים לב לבטיחות לייזר מכיוון שההתקנה משתמשת בלייזר מסוג 4. יש ללבוש את משקפי המגן והבגדים הנכונים. כמו כן, לטפל לייזר לייזר עם טיפול.

1. זוג לייזר דיודה ערכת פיתוח מקרן (PDK)

1. הכינו את קרש הלחם.
   1. להרכיב את כל המכשירים על לוח המחוונים כפי שמוצג באיור 3 . מניחים את לוח המחוונים עם כל המכשירים מראש במארז לייזר.

Results

בעקבות הפרוטוקול, בצד 1 של מדגם פלדה עם פגם מתחת לפני השטח בעומק של 0.25 מ"מ נבחרה לייצר תוצאות נציג. הפגם הוצב בתחילה במרכזו של השטח המואר. המדגם הועבר מ -5 מ"מ ל -5 מ"מ דרך השלב הליניארי במהירות של 0.05 מ"מ לשנייה. באמצעות פרמטרים אלה, איור 11 א מציג את נתוני הסריקה לאחר חילוץ אותם משורת הניקוז. בשלב זה, את ההצלחה של הניסוי ניתן להעריך, כמו הנתונים הגולמיים זמין תוכנת בקרת המצלמה IR כתצוגה מקדימה (אופציונלי: השתמש בכלי קו כדי להצ.......

Discussion

הפרוטוקול המוצג מתאר כיצד לאתר פגמים מלאכותיים מתחת לפני השטח מונחים בניצב אל פני השטח. הרעיון המרכזי של השיטה הוא ליצור התערבות שדות גל תרמי אשר אינטראקציה עם פגם מתחת לפני השטח. השלבים החשובים ביותר הם: (i) לשלב SLM עם לייזר דיודה על מנת ליצור שתי דפוסי תאורה מתחלפים באנרגיה גבוהה על פני המדגם; דפוסים אלה מומרים photothermally לשדות גל תרמית קוהרנטית, (ii) לתת להם להתערב באופן הרסני תוך אינטראקציה עם פגם תת קרקעית, (iii) כדי לאתר פגמים אלה משטח סריקה של הטמפרטורה הדינמית של משטח.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
מערכת לייזר דיודה 500 W, 940 ננומטר	לייזר	LDM 500 - 20	לייזר פיילוט דרגה 2 @ 650  nm, לייזר דיודה היא מערכת לייזר מסוג 4 - > דרושה מעבדה מיוחדת
תיבת בקרת לייזר	תיבת בקרת לייזר לייזר LDM		הוסף למערכת הלייזר, המשמשת למעבר אלקטרוני, סף לייזר, תריס, לייזר על 0 V.. סורק תיבת בקרה 5 V TTL
	Laserline		הוסף למערכת הלייזר, המשמשת להתאמת עוצמת הפלט האופטית באמצעות אות אנלוגי מ-0 V..
תושבת לייזר סיבים 10 V 2 אינץ', f = 80 מ"מ	לייזר		הוסף למערכת הלייזר
מכשיר אקוויזיציה נתונים רב תכליתי (DAQ) + מסוף BNC	מכשירים לאומיים	NI-USB 6251	כרטיס ה-DAQ משמש להפעלת מצלמת ה-IR,   ה-DLP Light Commander 5500, שליטה בלייזר ודיודה PDA 36A
תקן - PC			מחשב בקרה - כרטיס גרפי לשני מסכים, לפחות 4 x USB,
כבל			מבוסס Windows כבל סטנדרטי
כבל			כבל סטנדרטי
מיקרו USB לכבל			סטנדרטי
LabVIEW 2013 SP1 מערכת פיתוח	מכשירים לאומיים		סביבת פיתוח לבקרת מכשירים
LPPT תוכנת בקרה	BAM		חלק מחבילת התוכנה LPPT על ידי LabVIEW 2013 SP1
LPPT intensity  תוכנה	BAM		חלק מחבילת התוכנה LPPT על ידי LabVIEW 2013 SP1
תוכנת בקרת לייזר LPPT	BAM		חלק מחבילת התוכנה LPPT על ידי LabVIEW 2013 SP1
Matlab 2016b	MathWorks		לאחר עיבוד של נתוני
המדידהתוכנת עיבוד לאחר LPPT	BAM		עיבוד לאחר של נתוני המדידה
בקרת מצלמת IR PC	InfraTec		Control PC מסופק על ידי מפיץ מצלמות
תוכנת בקרת מצלמת	IR InfraTec	Irbis 3 Professional
InfraTec SDK	InfraTec		Dynamic Link Library כממשק בין פורמט רכישת הנתונים המקורי של Infratec ו-Matlab
מצלמת IR	InfraTec	Image IR 8300	640 x 512, גלאי InSb מקורר, אורך גל 2  &מיקרו;מ.. 5.7 ומיקרו; m, רעש = 20  mK + אביזרים (כבל LAN, כבל כניסה/יציאה דיגיטלי, טבעת חלל, ספק כוח, מארז)
חצובה	Manfrotto	161MK2B
תושבת מצלמת IR	Manfrotto	405
ערכת פיתוח מקרן (PDK) לטכנולוגיית עיבוד אור דיגיטלי (DLP) (DLP Light Commander 5500)	Logic PD	DLP-LC-DLP5500-10R	DLP5500 מכשיר מיקרו-מראה דיגיטלי מבית Texas Instruments כלול, יש לפרק את מנוע האור והמארז
תוכנת בקרת PDK	Logic PD		כלול בעת המסירה, תוכנת בקרת DLP Light Commander
פלטפורמה מכנית עבור PDK	BAM		מתוצרת עצמית (140 x 230 x 420) mm3
meter יחידת בקרת מד כוח	Ophir	Vega	ממשק USB
ראש מד הספק 30 W	אופיר	30(150)A-LP1-18	ראש מד כוח לקביעת שידור מערכת המקרן
ראש מד כוח 500 וואט	אופיר	FL500A	מד כוח לפיקוח תהליכים
בקר תנועה	ניופורט	ESP301	עם
שלב תרגום	ניופורט	M-ILS200CC	מחובר לפוטודיודה ESP301
עם מגבר	Thorlabs	PDA 36A-EC	תושבת 1 אינץ'
ND1	Thorlabs	ND10A	להרכבה על חור PDA 36A
1 אינץ'	Thorlabs	P1000S	להרכבה על
לוח אב-טיפוס אופטי מאלומיניום	Thorlabs	MB60120/M	(1,200 מ"מ x 900 מ"מ)
בסיס עדשת פלאנו קמורה f = 200 מ"מ	Thorlabs	LA1979-B	מצופה ל-IR, עדשת טלסקופ ראשונה
עדשת פלאנו קמורה f = 75 מ"מ	Thorlabs	LA1145-B	מצופה ל-IR, עדשת טלסקופ שנייה
שלב תרגום xy	ניופורט	M401	משמש להתאמת
טלקופה Beamsampler	Thorlabs	BSF20-B	מפצל את הפלט האופטי, המשמש להפחתת הקלט האופטי למערכת המקרן
מראה	Thorlabs	BB2-E03	מראה לצימוד הקרן
לשקע המעבדה	Duty Thorlabs	L490	משמש לתושבת הסיבים ועל גבי השלב הליניארי למיקום הדגימה (2x)
PDK-objective	ניקון	ניקון AF Nikkor 50 מ"מ 1:1:8:D	מטרה עבור DLP Light Commander, 50 מ"מ
עדשת פלאנו קמורה f = 100 מ"מ	עדשת Thorlabs	LA1050 -B	מחוברת
לעדשה הדו-קמורה של Nikon Objective f = 60  מ"מ	Thorlabs	LB1723 -B	עדשה שתוצמד לאובייקט ניקון על מנת לקבוע את השידור האופטי עם ראש המדידה 30 W
מראה זהב מוגנת בריבוע	Thorlabs	PFSQ20-03-M01
כרטיס חיישן IR בעוצמה גבוהה	Newport	F-IRC-HP-M	כרטיס חיישן לבדיקת המסלול האופטי
2 אינץ' כוונת	BAM		מתוצרת עצמית
1" כוונת	BAM		מתוצרת עצמית
ברמת Bullseye	Thorlabs	LCL01
שלב תרגום	ניופורט	M-UMR8.25	משמש למדידת פרופיל הקורה
בורג מיקרומטר	ניופורט	DM17-25	בשימוש עם שלב התרגום M-UMR8.25
צמצם אפס רכוב איריס	Thorlabs	ID75Z/M	המשמש לבדיקת האופטי
בסיסי מסלול ומחזיקי עמודים ערכת יסודות, רכיבים מטריים ואוניברסליים	Thorlabs	ESK01/M	עמודי בסיס
& ערכת יסודות אביזרים, רכיבים מטריים ואוניברסליים	Thorlabs	ESK03/M
M6 בורג כובע וערכת חומרה	Thorlabs	HW-KIT2/M
מסילות בנייה	Thorlabs	XE25L700/M
1 אינץ' קוביית בנייה	Thorlabs	RM1G	משמש להרכבת מסילות בנייה
עיבוד שבבי פריקה חשמלית	Sodick	AG60L	www.sodick.de
בלוק St37 של פלדה (100 x 100 x 40) mm3	BAM		תוצרת עצמית, פגם נסתר עם עובי דופן נותר של 0.25  מ"מ, 0.5 מ"מ, 0.70 מ"מ, 1.25  מ"מ (מוצג ב<חזק>איור 5)
בלוק St37 מפלדה (100 x 100 x 40) מ"מ	BAM		תוצרת עצמית, פגם נסתר עם עובי דופן נותר של 1  מ"מ, 1.5  מ"מ, 1.75 מ"מ, 2 מ"מ (מוצג ב<חזק>איור 5)
תרסיס גרפיט	CRC Industries Europe NV	GRAPHIT 33	Ref. 20760, 200 מ"ל תרסיס (Kontakt-Chemie)
סרט מגן	Tesa	tesakrepp 4348	המשמש להגנה על הפגמים הנסתרים בזמן הציפוי