Name: Lokalizacja defektów podpowierzchniowych poprzez ogrzewanie strukturalne za pomocą laserowej termografii fototermicznej (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 34 s
Description: Poznaj metodę lokalizacji defektów podpowierzchniowych w próbkach stalowych za pomocą laserowej termografii fototermicznej z ogrzewaniem strukturalnym. Technika ta umożliwia nieinwazyjną detekcję wad zorientowanych prostopadle do powierzchni.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Chcielibyśmy podziękować Taarnie Studemund i Hagenowi Wendlerowi za zrobienie zdjęć eksperymentalnego układu, jak również przygotowanie ich do publikacji rysunku. Ponadto chcielibyśmy podziękować Anne Hildebrandt za przygotowanie próbki oraz Sreedharowi Unnikrishnakurupowi, Alexandrowi Battigowi i Felixowi Fritzsche za korektę.

<ol><li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4963139?journalCode=apl">Laser-projected photothermal thermography using thermal wave field interference for subsurface defect characterization.</a> Appl. Phys. Lett. 109 (12), 123504(2016).</li>
<li>Ibarra-Castanedo, C., Tarpani, J. R., Maldague, X. P. V. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0143-0807/34/6/S91/meta">Nondestructive testing with thermography.</a> Eur. J. Phys. 34 (6), 91-109 (2013).</li>
<li>Maldague, X. P. <a target="_blank" href="https://www.researchgate.net/publication/228794492_Introduction_to_NDT_by_active_infrared_thermography">Introduction to NDT by active infrared thermography.</a> Mater. Eval. 60 (9), 1060-1073 (2002).</li>
<li>Li, T., Almond, D. P., Rees, D. A. S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869510001076">Crack imaging by scanning pulsed laser spot thermography.</a> Ndt&E Int. 44 (2), 216-225 (2011).</li>
<li>Lugin, S. <a target="_blank" href="http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0963869513000315">Detection of hidden defects by lateral thermal flows.</a> Ndt&E Int. 56, 48-55 (2013).</li>
<li>Li, T., Almond, D. P., Rees, D. A. S. <a target="_blank" href="http://iopscience.iop.org/article/10.1088/0957-0233/22/3/035701/meta">Crack imaging by scanning laser-line thermography and laser-spot thermography.</a> Meas. Sci. Technol. 22 (3), (2011).</li>
<li>Pech-May, N. W., Oleaga, A., Mendioroz, A., Salazar, A. <a target="_blank" href="http://link.springer.com/article/10.1007/s10921-016-0344-x">Fast Characterization of the Width of Vertical Cracks Using Pulsed Laser Spot Infrared Thermography.</a> Journal of Nondestructive Evaluation. 35 (2), 22(2016).</li>
<li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aThiel%2C+E+%22Proc.+SPIE+9761%22">Proc. SPIE 9761</a>. Douglass, M. R., King, P. S., Lee, B. L. , Spie-Int Soc Optical Engineering. (2016).</li>
<li>Thiel, E., Kreutzbruck, M., Ziegler, M. <a target="_blank" href="https://www.wcndt2016.com/">Proc. WCNDT 2016</a>. , 6(2016).</li>
<li>Mandelis, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMandelis%2C+A+%22Diffusion-Wave+Fields%3A+mathematical+methods+and+Green+functions%22">Diffusion-Wave Fields: mathematical methods and Green functions</a>. , Springer-Verlag. (2001).</li>
<li>Almond, D., Patel, P. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAlmond%2C+D+%22Photothermal+Science+and+Techniques%22">Photothermal Science and Techniques</a>. 10, Chapman & Hall. (1996).</li>
<li>Salazar, A. <a target="_blank" href="http://www.ehu.eus/photothermal/EurJPhys2006.pdf">Energy propagation of thermal waves.</a> Eur. J. Phys. 27 (6), 1349-1355 (2006).</li>
<li>Bennett, C. A., Patty, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+wave+interferometry%3A+a+potential+application+of+the+photoacoustic+effect%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Opt%22%5BJournal%5D)">Thermal wave interferometry: a potential application of the photoacoustic effect.</a> Appl. Opt. 21 (1), 49-54 (1982).</li>
<li>Busse, G. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.93942?journalCode=apl">Stereoscopic depth analysis by thermal wave transmission for nondestructive evaluation.</a> Appl. Phys. Lett. 42 (4), 366(1983).</li>
<li>Holtmann, N., Artzt, K., Gleiter, A., Strunk, H. P., Busse, G. <a target="_blank" href="http://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/17686733.2012.741919">Iterative improvement of Lockin-thermography results by temporal and spatial adaption of optical excitation.</a> Qirt J. 9 (2), 167-176 (2012).</li>
<li>Pribe, J. D., Thandu, S. C., Yin, Z., Kinzel, E. C. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2522861">Toward DMD illuminated spatial-temporal modulated thermography.</a> Proc. SPIE 9861. , (2016).</li>
<li>Ravichandran, A. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Spatial+and+temporal+modulation+of+heat+source+using+light+modulator+for+advanced+thermography%22">Spatial and temporal modulation of heat source using light modulator for advanced thermography</a>. , Missouri University of Science and Technology. (2015).</li>
<li><a target="_blank" href="http://www.mouser.com/ds/2/405/dlps013d-261248.pdf">DLP 0.55 XGA Series 450 DMD</a>. , TexasInstruments. (2015).</li>
<li>Application Note - DLP System Optics. , TexasInstruments. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=dlpa022&keyMatch=dlpa022&tisearch=Search-EN-Everything">http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?baseLiteratureNumber=dlpa022&keyMatch=dlpa022&tisearch=Search-EN-Everything</a> (2010).</li>
<li>DLP LightCommander Control Software - User Manual. , LogicPD. Available from: 
 <a target="_blank" href="https://support.logicpd.com/ProductDownloads/LegacyProducts/DLPLightCommander.aspx?_sw_csrfToken=318b0448">https://support.logicpd.com/ProductDownloads/LegacyProducts/DLPLightCommander.aspx?_sw_csrfToken=318b0448</a> (2011).</li>
<li>White Paper - Laser Power Handling for DMDs. , TexasInstruments. Available from: 
 <a target="_blank" href="http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=dlpa027&fileType=pdf">http://www.ti.com/general/docs/lit/getliterature.tsp?literatureNumber=dlpa027&fileType=pdf</a> (2012).</li>
<li>Moench, H., et al. <a target="_blank" href="http://proceedings.spiedigitallibrary.org/proceeding.aspx?articleid=2206439">High-power VCSEL systems and applications.</a> Proc. SPIE 9348. , (2015).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Prezentowany protokół opisuje, w jaki sposób lokalizować sztuczne defekty podpowierzchniowe zorientowane prostopadle do powierzchni. Główną ideą metody jest wytworzenie interferujących pól fal termicznych, które oddziałują z defektem podpowierzchniowym. Najważniejszymi krokami są: (i) połączenie SLM z laserem diodowym w celu stworzenia dwóch naprzemiennych wzorów oświetlenia o dużej mocy na powierzchni próbki; Wzorce te są przekształcane fototermicznie w spójne pola fal termicznych, (ii) aby umożliwić im destrukcyjną int...

Metoda fototermicznej termografii z wykorzystaniem laserowego oświetlenia (LPPT) służy do wykrywania wad podpowierzchniowych umieszczonych w objętości badanego wzorca i ułożonych głównie prostopadle do jego powierzchni.
Metoda wykorzystuje destrukcyjną interferencję dwóch przeciwnie przesuniętych w fazie pól fal cieplnych o tym samym wydłużeniu i częstotliwości, jak pokazano na Rycina 1b. W materiałach izotropowych pozbawionych defektów fale cieplne wygaszają się wzajemnieczyli zerowe oscylacje temperatury) na płaszczyźnie symetrii poprzez koherentną superpozycję. W przypadku materiału z wadą podpowierzchniową, metoda wykorzystuje oddziaływanie składowej bocznej (to znaczy składowe w płaszczyźnie) między przepływem ciepła przejściowego a tym defektem. Oddziaływanie to można zmierzyć jako odtworzone oscylujące wydłużenie temperatury wzdłuż linii symetrii na powierzchni próbki. Obecnie próbkę zawierającą defekt skanuje się nałożonym polem fali cieplnej, a poziom wydłużenia temperatury mierzy się w odniesieniu do położenia próbki. Ze względu na symetrię warunek interferencji destruktywnej zostaje ponownie spełniony, gdy defekt przecina płaszczyznę symetrii; umożliwia to bardzo czułe zlokalizowanie defektu. Ponadto, ponieważ poziom maksymalnego zaburzenia interferencji destruktywnej koreluje z głębokością defektu, możliwe jest określenie jego głębokości poprzez analizę skanowania temperatury1.
LPPT można zakwalifikować do metod termografii aktywnej, uznanej metody nieniszczącej, w której generowane jest przejściowe nagrzewanie, a powstające, również przejściowe, rozkłady temperatury są mierzone za pomocą termowizyjnej kamery podczerwieni. Ogólnie rzecz biorąc, czułość tej metody jest ograniczona do wad zorientowanych w zasadzie prostopadle do kierunku przepływu ciepła przejściowego. Ponadto, ponieważ rządzące równanie przewodnictwa cieplnego w stanie nieustalonym jest parabolicznym równaniem różniczkowym cząstkowym, przepływ ciepła w głąb materiału ulega silnemu tłumieniu. W konsekwencji głębokość badania metodą termografii aktywnej jest ograniczona do strefy przy powierzchni, zazwyczaj w zakresie milimetrowym. Dwiema z najpowszechniejszych technik termografii aktywnej są termografia impulsowa i termografia z synchronizacją fazową (lock-in). Są one szybkie ze względu na płaskie oświetlenie powierzchni optycznej2, ale prowadzą do przejściowego przepływu ciepła prostopadłego do powierzchni. W związku z tym czułość tych technik jest ograniczona do wad zorientowanych głównie równolegle (np. delaminacje lub pustki) do nagrzewanej powierzchni próbki. Empiryczna zasada termografii impulsowej mówi, że „promień najmniejszego wykrywalnego defektu powinien być co najmniej jeden do dwóch razy większy niż jego głębokość pod powierzchnią”3. Aby zwiększyć efektywną powierzchnię oddziaływania między prostopadle zorientowanym defektem (np. pęknięcie) i przepływ ciepła, kierunek przepływu ciepła należy zmienić. Lokalne wzbudzenie, przy użyciu skupionego lasera z liniowym lub kołowym plamieniem na przykład, generuje przepływ ciepła z komponentem w płaszczyźnie, który może skutecznie oddziaływać z prostopadłym defektem4,5,6,7.
W przedstawionej metodzie wykorzystujemy również boczne składowe przepływu ciepła do wykrywania wad podpowierzchniowych, ale opieramy się na tym, że fale termiczne mogą się nakładać, podczas gdy wady, szczególnie te o orientacji pionowej, zakłócają tę superpozycję. W ten sposób przedstawiona metoda przypomina metodę niezależną od odniesienia, symetryczną i bardzo czułą, umożliwiającą wykrywanie sztucznych wad podpowierzchniowych przy stosunku szerokości do głębokości znacznie mniejszym niż jeden8,9. Do tej pory trudno było wytworzyć dwa termiczne pola falowe w przeciwfazie dostarczające wystarczającej energii. Udało nam się to osiągnąć, łącząc modulator światła przestrzennego (SLM) z wysokomocnym laserem diodowym, co pozwoliło nam połączyć dużą moc optyczną systemu laserowego z rozdzielczością przestrzenną i czasową modulatora SLM (zobacz Rysunek 2) w wysokomocny projektor. Pola fal termicznych są teraz generowane poprzez konwersję fototermiczną dwóch sinusoidalnie modulowanych, przeciwfazowych wzorców liniowych za pośrednictwem jasności pikseli rzutowanego obrazu (zobacz Rysunek 2, Rysunek 1a). Powoduje to strukturalne nagrzewanie powierzchni próbki i prowadzi do dobrze zdefiniowanych, wzajemnie wygaszających się pól fal termicznych. W celu wykrycia wady podpowierzchniowej pomiaru dokonuje się zakłócenia interferencji wygaszającej, rejestrując oscylacje temperatury na powierzchni za pomocą kamery podczerwieni.
Termin „fala cieplna” jest przedmiotem kontrowersji, ponieważ fale cieplne nie przenoszą energii wskutek dyfuzyjnego charakteru propagacji ciepła. Niemniej jednak podczas okresowego ogrzewania występuje zachowanie przypominające fale, co pozwala wykorzystać podobieństwa między rzeczywistymi falami a procesami dyfuzyjnymi.10,11,12. W związku z tym falę termiczną można rozumieć jako wysoce tłumioną w kierunku propagacji, ale okresową w czasie (Rycina 1b). Charakterystyczna długość dyfuzji cieplnej <img alt="Równanie dyfuzyjności cieplnej μ=√(k/(πfρcp)); wzór do analizy przewodnictwa cieplnego." src="/files/ftp_upload/55733/55733eq1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Równanie 1"> jest tu opisane przez jego właściwości materiałowe (przewodność cieplną k, pojemność cieplna cp i gęstość ρ) oraz częstotliwości wzbudzenia ƒ. Mimo że fala cieplna silnie tłumieniuje się, jej charakter falowy może być wykorzystany do poznania właściwości próbki. Pierwsze zastosowanie interferencji fali cieplnej wykorzystano do wyznaczenia grubości warstw. W przeciwieństwie do naszej metody, efekt interferencji wykorzystywano w wymiarze głębokości (czyli prostopadle do powierzchni)13Rozszerzając ideę interferencji na drugi wymiar poprzez rozdzielenie wiązki laserowej, zastosowano interferencję fal cieplnych do określania rozmiaru wad podpowierzchniowych.14. Niemniej jednak metoda ta została zastosowana w konfiguracji transmisyjnej, co oznacza, że była ograniczona przez głębokość wnikania fali termicznej. Dodatkowo, ponieważ wykorzystano tylko jedno źródło laserowe, metoda ta opiera się na interferencji wzmocniającej, co oznacza, że wymagany jest bezdefektowy wzorzec odniesienia. Oprócz pomysłu wykorzystania interferencji fal termicznych, pierwsze podejście techniczne do przestrzennie i czasowo kontrolowanego nagrzewania zostało wykonane przez Holtmanna i inni za pomocą niezmodyfikowanego projektora z wyświetlaczem ciekłokrystalicznym (LCD) z wbudowanym źródłem światła, którego moc wyjściowa była znacznie ograniczona15. Kolejne podejścia zaproponowane przez Pribe’a i Ravichandarana miały na celu zwiększenie mocy wyjściowej światła poprzez dodatkowe sprzężenie lasera z modulatorem przestrzennym światła (SLM)16,17.
Prezentowany protokół opisuje sposób zastosowania metody LPPT do lokalizacji wewnętrznych wad ułożonych prostopadle do powierzchni próbek stalowych. Metoda znajduje się na wczesnym etapie rozwoju, jednak jest wystarczająco skuteczna, aby zweryfikować proponowane podejście; niemniej, nadal istnieją ograniczenia związane z osiągalną mocą wyjściową sygnału optycznego w układzie eksperymentalnym. Ze względu na trudność zwiększenia mocy wyjściowej sygnału optycznego, przedstawioną metodę zastosowano do powlekanej stali zawierającej sztuczne nacięcia wykonane metodą elektroerozyjną. Niemniej jednak, najważniejsze i najbardziej krytyczne etapy protokołu – generowanie jednorodnego oświetlenia strukturalnego, spełnienie warunków koniecznych do destrukcyjnej interferencji fal cieplnych oraz lokalizacja wady – pozostają aktualne również w przypadku bardziej wymagających wad. Ponieważ kluczowym parametrem jest długość dyfuzji cieplnej μ, metodę LPPT można zastosować również do wielu innych materiałów.
<img alt="Diagram równowagi statycznej; równania P₀/2*sin(ωt)+P₀/2; wynik w postaci wykresu 3D przedstawiającego T[K] w czasie." src="/files/ftp_upload/55733/55733fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Figure 1"> 
Rysunek 1: Zasada efektu interferencji destruktywnej. (a) Schemat wzorca oświetlenia używanego podczas eksperymentów. Próbka jest podgrzewana przestrzennie i czasowo przez dwa okresowo oświetlane wzorce z przesunięciem fazowym o π. Przerywana linia oznacza linię symetrii pomiędzy oboma wzorcami. Linia ta będzie wykorzystywana do analizy jako „linia wyczerpania”. (b) Diagram przestrzennego i czasowego przebiegu zmieniających się wyników termicznych, obliczonych na podstawie analitycznego rozwiązania równania przewodnictwa cieplnego. Przedstawia on termiczne fale odpowiedzi na oświetlenie z panelu (a) z natężeniem dwóch wzorców wynoszącym Popt1 = 1.5 W sin(2π 0.125 Hz t) + 1.5 W oraz Popt2 = 1.5 W sin(2π 0.125 Hz t + π) + 1.5 W dla stali konstrukcyjnej ρ = 7,850 kg/m3, cp = 461 J/(kg·K), k = 54 W/(m·K). Profil temperatury wzdłuż przerywanej linii nie wykazuje oscylacji termicznych dla materiału jednorodnego i izotropowego. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Schematyczne ustawienie grzania z laserem, SLM, kamerą podczerwieni do analizy fotonowej, diagram pokazuje modulację." src="/files/ftp_upload/55733/55733fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Schemat zasady pomiaru strukturalnego nagrzewania stosowanego w termografii aktywnej. Wiązka Gaussa, ujednolicona do profilu typu „top hat”, jest kierowana na przestrzenny modulator światła (SLM). SLM rozdzielczościowo oddziela wiązkę przestrzennie za pomocą przełączalnych elementów, a czasowo – poprzez szybkość przełączania. Każdy element reprezentuje piksel SLM. W tym eksperymencie SLM stanowi cyfrowe urządzenie mikropowierzchniowe (DMD). Poprzez modulację jasności piksela A za pomocą oprogramowania sterującego o działaniu czasowym deterministycznym, powierzchnia próbki jest ogrzewana w sposób strukturalny. W przypadku prezentowanego eksperymentu modulujemy dwie linie przeciwne w fazie (fazy: φ = 0, π), które są źródłem spójnie interferujących pól fal cieplnych o częstotliwości kątowej ω. Pola falowe oddziałują z wewnętrzną strukturą próbki, wpływając również na pole temperatury na powierzchni. Jest to mierzone poprzez promieniowanie termiczne za pomocą kamery podczerwieni średniej długości fali. <a href="http://cloudflare.jove.com/files/ftp_upload/55733/55733fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

<table><tbody><tr><td>System lasera diodowego 500 W, 940 nm</td><td>Laserline</td><td>LDM 500 - 20</td><td>Laser pilotujący klasy 2 @ 650&nbsp; nm, laser diodowy to system laserowy klasy 4 - potrzebny > specjalne laboratorium</td></tr><tr><td>Skrzynka kontrolna lasera</td><td>Laserline</td><td>Skrzynka kontrolna lasera LDM</td><td>Dodatek do systemu laserowego, służy do elektronicznego przełączania, progu laserowego, migawki, lasera na 0 V. 5 V TTL</td></tr><tr><td>Skaner skrzynki sterowniczej</td><td>Laserline</td><td></td><td>Dodatek do systemu laserowego, służący do regulacji optycznej mocy wyjściowej za pomocą sygnału analogowego od 0&nbsp;V. </td></tr><tr><td>Uchwyt do lasera światłowodowego 10 V 2", f = 80 mm</td><td>Laserline</td><td></td><td>Dodatek do systemu laserowego</td></tr><tr><td>Wielofunkcyjne urządzenie do pozyskiwania danych (DAQ) + terminal BNC</td><td>National Instruments</td><td>NI-USB 6251</td><td>Karta DAQ służy do wyzwalania kamery na podczerwień,&nbsp; DLP Light Commander 5500, sterowanie laserem i diodą PDA 36A</td></tr><tr><td>Standard - PC&nbsp;</td><td></td><td></td><td>Control PC - karta graficzna na dwa ekrany, co najmniej 4 x USB,</td></tr><tr><td></td><td></td><td></td> BNC oparty na systemie Windows <td>Standardowy</td></tr><tr><td>HDMI Standardowy</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>Micro USB na USB</td><td>Standardowy</td></tr><tr><td>LabVIEW 2013 SP1 Development System</td><td>National Instruments</td><td></td><td>Development environment for device control</td></tr><tr><td>LPPT oprogramowanie sterujące</td><td>BAM</td><td></td><td>częścią pakietu oprogramowania LPPT firmy LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Intensywność LPPT&nbsp; oprogramowanie</td><td>BAM</td><td></td><td>część pakietu oprogramowania LPPT firmy LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Oprogramowanie sterujące laserem LPPT</td><td>BAM</td><td></td><td>część pakietu oprogramowania LPPT firmy LabVIEW 2013 SP1</td></tr><tr><td>Matlab 2016b</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Przetwarzanie końcowe danych</td></tr> <tr><td>pomiarowychOprogramowanie do postprocessingu LPPT</td><td>BAM</td><td></td><td>Postprocessing danych pomiarowych</td></tr><tr><td>Sterowanie kamerą na podczerwień PC</td><td>InfraTec</td><td></td><td>Control PC jest dostarczane przez dystrybutora kamer</td></tr><tr><td>Oprogramowanie do sterowania kamerą na podczerwień</td><td>InfraTec</td><td>Irbis 3 Professional</td><td></td></tr><tr><td>InfraTec SDK</td><td>InfraTec</td><td></td><td>Dynamic Link Library jako interfejs między natywnym formatem akwizycji danych Infratec i Matlab</td></tr><tr><td>Kamera na podczerwień</td><td>InfraTec</td><td>Image IR 8300</td><td>640 x 512, chłodzony detektor InSb, długość fali 2&nbsp; &mikro;m.. 5,7 &mikro; m, hałas = 20&nbsp; mK + akcesoria (LAN, wejścia / wyjścia cyfrowego, pierścień kosmiczny, zasilacz, etui)</td></tr><tr><td>Statyw</td> Uchwyt do kamery na podczerwień <td>Manfrotto</td><td>161MK2B</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Manfrotto</td><td>405</td><td></td></tr><tr><td>Zestaw uruchomieniowy projektora (PDK) do technologii cyfrowego przetwarzania światła (DLP) (DLP Light Commander 5500)</td><td>Logic PD</td><td>DLP-LC-DLP5500-10R</td><td>DLP5500 Cyfrowe urządzenie Micromirror firmy Texas Instruments w zestawie, silnik świetlny i obudowa muszą być zdemontowane</td></tr><tr><td>Oprogramowanie sterujące PDK</td><td>Logic PD</td><td></td><td>W zestawie oprogramowanie sterujące DLP Light Commander</td></tr><tr><td>Platforma mechaniczna dla PDK</td><td>BAM</td><td></td><td>Samodzielnie wykonana (140 x 230 x 420) mm3</td></tr><tr><td>Jednostka sterująca miernika mocy</td><td>Ophir</td><td></td><td>Vega Interfejs USB</td></tr><tr><td>Głowica miernika mocy 30 W&nbsp;</td><td>Ophir</td><td>30(150)A-LP1-18 Głowica</td><td>miernika mocy do określania Transmisja systemu projektora</td></tr><tr><td>Głowica miernika mocy 500 W</td><td>Ophir</td><td>FL500A</td><td>Miernik mocy do nadzoru procesu</td></tr><tr><td>Kontroler ruchu</td><td>Newport</td><td>ESP301</td><td>z interfejsem USB</td></tr><tr><td>Etap translacji</td><td>Newport</td><td>M-ILS200CC</td><td>Podłączony do ESP301</td></tr><tr><td>Fotodioda ze wzmacniaczem</td><td>Thorlabs</td><td>PDA 36A-EC</td><td>1"</td></tr><tr><td>mocowanie Filtr odblaskowy ND1</td><td>Thorlabs</td><td>ND10A</td><td>do montażu do PDA 36A</td></tr><tr><td>Otworek 1"</td> <td>Thorlabs</td><td>P1000S</td><td>do montażu do PDA 36A</td></tr><tr><td>Optyczna aluminiowa płytka stykowa&nbsp;</td><td>Thorlabs</td><td>MB60120/M</td><td>(1,200 mm x 900 mm) podstawa</td></tr><tr><td>Plano Convex Lens f = 200 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1979-B</td><td>Powlekany do IR, pierwsza soczewka teleskopowa</td></tr><tr><td>Plano Convex lens f = 75 mm</td><td>Thorlabs</td><td>LA1145-B</td><td>Powlekany dla IR, drugi obiektyw teleskopu</td></tr><tr><td>xy-stopień translacyjny</td><td>Newport</td><td>M401</td><td>Służy do regulacji teleskopu</td></tr><tr><td>Beamsampler</td><td>Thorlabs</td><td>BSF20-B&nbsp;</td><td>Rozdziela wyjście optyczne, używane do redukcji wejścia optycznego dla systemu projektora</td></tr><tr><td>Lustro</td><td>Thorlabs</td><td>BB2-E03</td><td>Lustro do sprzęgania wiązki z DLP Light Commander</td></tr><tr><td>Wytrzymały podnośnik</td><td>laboratoryjny Thorlabs</td><td>L490</td><td>Służy do montażu światłowodu i na górze stolika liniowego do pozycjonowania próbki (2x)</td></tr><tr><td>PDK-obiektyw&nbsp;</td><td>Nikon</td><td>Nikon AF Nikkor 50 mm 1:1:8:D&nbsp;</td><td>Obiektyw do DLP Light Commander, 50 mm</td></tr><tr><td>Soczewka wypukła Plano f = 100 mm</td><td>Soczewka Thorlabs</td><td>LA1050 -B</td><td>jest dołączona do soczewki dwuwypukłej obiektywu Nikon</td></tr><tr><td>f = 60&nbsp; mm</td><td>Thorlabs</td><td>LB1723 -B</td><td>Soczewka do przymocowania do obiektywu Nikon w celu określenia transmisji optycznej za pomocą głowicy pomiarowej 30 W</td></tr><tr><td>Kwadratowe chronione złote lustro</td><td>Thorlabs</td><td>PFSQ20-03-M01</td><td></td></tr><tr><td>Karta czujnika podczerwieni dużej mocy</td><td>Newport</td><td>F-IRC-HP-M</td><td>Karta czujnika do sprawdzania ścieżki optycznej</td></tr><tr><td>2" krzyż nitkowy</td><td>BAM</td><td></td><td>Wykonany samodzielnie</td></tr><tr><td>1" celownik</td><td>BAM</td><td></td><td>Samodzielnie wykonany</td></tr><tr><td>poziomica Bullseye</td><td>Thorlabs</td><td>LCL01</td><td></td></tr><tr><td>Stopień translacyjny</td><td>Newport</td><td>M-UMR8.25</td><td>Służy do pomiaru profilu wiązki</td></tr><tr><td>Śruba mikrometryczna</td><td>Newport</td><td>DM17-25</td><td>Używana ze stolikiem translacyjnym M-UMR8.25</td></tr><tr><td>Zamontowana przysłona z zerową aperturą</td><td>Thorlabs</td><td>ID75Z/M</td><td>służy do sprawdzania optycznego Podstawy ścieżek</td></tr><tr><td>i uchwyty do słupków Zestaw podstawowy, komponenty metryczne i uniwersalne</td><td>Thorlabs</td><td>ESK01/M</td><td>Słupki podstawowe</td></tr><tr><td>i Zestaw akcesoriów Essentials Kit, komponenty metryczne i uniwersalne</td><td>Thorlabs</td><td>ESK03/M</td><td></td></tr><tr><td>M6 Zestaw z walcowym i osprzętu</td><td>Thorlabs</td><td>HW-KIT2/M</td><td></td></tr><tr><td>Szyny konstrukcyjne</td><td>Thorlabs</td><td>XE25L700/M</td><td></td></tr><tr><td>1" Kostka konstrukcyjna</td><td>Thorlabs</td><td>RM1G</td><td>Służy do montażu szyn budowlanych</td></tr><tr><td>Obróbka elektroerozyjna</td><td>Sodick</td><td>AG60L</td><td>www.sodick.de</td></tr><tr><td>St37 blok stalowy (100 x 100 x 40) mm3</td><td>BAM</td><td></td><td>własnej produkcji, wada ukryta z pozostałą grubością ścianki 0,25&nbsp; mm, 0,5 mm, 0,70 mm, 1,25&nbsp; mm (pokazane na <mocny>Rysunek 5</mocny>)</td></tr><tr><td>Blok St37 ze stali (100 x 100 x 40) mm</td><td>BAM</td><td></td><td>wykonany samodzielnie, wada ukryta z pozostałymi grubościami ścianek 1&nbsp; mm, 1,5&nbsp; mm, 1,75 mm, 2 mm (pokazane na Rysunek 5)</td></tr><tr><td>Grafit w sprayu</td><td>CRC Industries Europe NV</td><td>GRAPHIT 33</td><td>Ref. 20760, 200 mL aerozol (Kontakt-Chemie)</td></tr><tr><td>Taśma ochronna</td><td>Tesa</td><td>tesakrepp 4348</td><td>służy do ochrony ukrytych wad podczas powlekania</td></tr></tbody></table>

lokalizacja defektów podpowierzchniowych poprzez ogrzewanie strukturalne za pomocą laserowej termografii fototermicznej

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Przedstawiona metoda służy do lokalizowania defektów podpowierzchniowych zorientowanych prostopadle do powierzchni. Aby to osiągnąć, tworzymy destrukcyjnie interferujące pola fal termicznych, które są zakłócane przez wadę. Efekt ten jest mierzony i wykorzystywany do zlokalizowania wady. Destrukcyjnie interferujące pola falowe tworzymy za pomocą zmodyfikowanego projektora. Oryginalny silnik świetlny projektora został zastąpiony laserem diodowym o dużej mocy sprzężonym ze światłowodami. Jego wiązka jest kształtowana i dopasowywana do przestrzennego modulatora światła projektora i optymalizowana pod kątem optymalnej przepustowości optycznej i jednorodnej projekcji, po pierwsze, poprzez scharakteryzowanie profilu wiązki, a po drugie, skorygowanie go mechanicznie i numerycznie. Wysokowydajna kamera na podczerwień (IR) jest konfigurowana w zależności od napiętej sytuacji geometrycznej (w tym korekcji geometrycznych zniekształceń obrazu) i wymogu wykrywania słabych wahań temperatury na powierzchni próbki. Akwizycję danych można przeprowadzić po ustanowieniu synchronizacji między poszczególnymi źródłami pola fal termicznych, etapem skanowania i kamerą na podczerwień za pomocą dedykowanej konfiguracji eksperymentalnej, która musi być dostrojona do konkretnego badanego materiału. Podczas przetwarzania końcowego danych wydobywa się odpowiednie informacje o obecności defektu pod powierzchnią próbki. Jest ono pobierane z oscylacyjnej części pozyskanego promieniowania cieplnego pochodzącej z tzw. linii zubożenia powierzchni próbki. Dokładna lokalizacja defektu jest wydedukowana z analizy przestrzenno-czasowego kształtu tych oscylacji w końcowym kroku. Metoda jest bezreferencyjna i bardzo wrażliwa na zmiany w polu fal termicznych. Do tej pory metoda ta była testowana na próbkach stali, ale ma również zastosowanie do różnych materiałów, w szczególności do materiałów wrażliwych na temperaturę.

Zgodnie z protokołem, w celu uzyskania reprezentatywnych wyników wybrano stronę 1 próbki stalowej z defektem podpowierzchniowym na głębokości 0,25 mm. Defekt został początkowo umieszczony mniej więcej w centrum obszaru oświetlenia. Następnie próbkę przemieszczano od -5 mm do 5 mm za pomocą stolika liniowego z prędkością 0,05 mm/s. Przy zastosowaniu tych parametrów Rysunek 11a przedstawia dane skanowania po ich wyekstrahowaniu z linii ubytku. Na tym etapie można ocenić suk...

Ta metoda ma na celu zlokalizowanie pionowych defektów podpowierzchniowych. W tym przypadku łączymy laser z przestrzennym modulatorem światła i uruchamiamy jego wejście wideo, aby deterministycznie podgrzać powierzchnię próbki za pomocą dwóch modulowanych linii antyfazowych, uzyskując jednocześnie obrazy termiczne o wysokiej rozdzielczości. Pozycja defektu jest uzyskiwana z oceny minimów zakłóceń fal termicznych.

Lokalizacja defektów podpowierzchniowych poprzez ogrzewanie strukturalne za pomocą laserowej termografii fototermicznej

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...

Ogólnym celem tej metody jest wykorzystanie ustrukturyzowanego ogrzewania oraz obrazowania termicznego o wysokiej rozdzielczości w sposób nieniszczący i bezkontaktowy, aby zlokalizować defekty podpowierzchniowe zorientowane prostopadle do powierzchni próbki stalowej. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie obrazowania termicznego, na przykład: jak mały i jak głęboki może być defekt, aby mógł zostać wykryty.Główną zaletą tej techniki jest możliwość generowania pól fal termicznych rozprzestrzeniających się w płaszczyźnie obserwacji, co sprawia, że podejście to jest wysoce czułe na defekty zorientowane prostopadle. Ten system fototermografii z projekcją laserową został zamontowany na stole optycznym. System ten przeszedł większość etapów przygotowawczych niezbędnych do przeprowadzenia eksperymentu.Na początku drogi wiązki znajduje się źródło laserowe. Włókno laserowe jest utrzymywane przez uchwyt włókna laserowego. Następnie teleskop zmniejsza średnicę wiązki lasera do rozmiaru odpowiedniego dla dalszych etapów toru wiązki.Za próbownikiem wiązki głowica miernika mocy 500 W pochłania znaczną część energii wiązki, aby umożliwić pracę lasera z pełną mocą. Z pró

subsurface-defect-localization-structured-heating-using-laser

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykazaliśmy, że złośliwe zmiany barwnikowe o zwiększonej aktywności metabolicznej generują mierzalne ilości ciepła, a pomiar przejściowej odpowiedzi termicznej skóry na pobudzenie chłodzące pozwala na ilościową identyfikację czerniaka oraz innych nowotworów skóry (w przeciwieństwie do zniewów nieproliferacyjnych) we wczesnym stadium choroby.

Ilościowa wizualizacja i detekcja raka skóry z wykorzystaniem dynamicznej obrazowania termowizyjnego

AN został opracowany specjalnie zaprojektowany laserowy aparat grzewczy kompatybilny z MRI, aby zapewnić miejscowe ogrzewanie guzów podskórnych w celu aktywacji uwalniania czynników z termoczułych liposomów, szczególnie w obszarze guza.

Specjalnie zaprojektowane laserowe urządzenie grzewcze do wyzwalanego uwalniania cisplatyny z termoczułych liposomów z prowadzeniem obrazu rezonansu magnetycznego

Tenadrifluoroacetonian europu (EuTFC) ma linię luminescencji optycznej o długości fali 612 nm, której skuteczność aktywacji znacznie spada wraz z temperaturą. Jeśli próbka pokryta cienką warstwą tego materiału zostanie zmikroobrazowana, intensywność odpowiedzi luminescencyjnej 612 nm może zostać przekształcona w bezpośrednią mapę temperatury powierzchni próbki.

Mikroobrazowanie termiczne o wysokiej rozdzielczości z wykorzystaniem powłok luminescencyjnych z chelatem europu

Oryginalna eksperymentalna konfiguracja do ogrzewania komórek w naczyniu hodowlanym za pomocą promieniowania laserowego o ciągłej fali 1,94 μm jest tutaj wprowadzona. Za pomocą tej metody można badać reakcje biologiczne komórek nabłonka barwnikowego siatkówki (RPE) po różnych ekspozycjach termicznych.

Laser tulowy o fali ciągłej do ogrzewania hodowanych komórek w celu zbadania komórkowych efektów termicznych

Lasery są często używane w badaniach nad odpowiedzią komórkową na uszkodzenie DNA. Generują jednak zmiany, których odstępy, częstotliwość i kolizje z widełkami replikacyjnymi są rzadko charakteryzowane. W tym miejscu opisujemy podejście, które umożliwia określenie tych parametrów za pomocą laserowo zlokalizowanych wiązań międzypasmowych.

Analiza pojedynczych cząsteczek zlokalizowanych laserowo adduktów psoralenu

Metoda nakłuwania termoplazmonicznego łączy mikroskopię konfokalną, pęsetę optyczną i nanocząstki złota do badania reakcji białek podczas naprawy błony plazmatycznej w komórkach i gigantycznych pęcherzykach jednopłytkowych. Technika ta umożliwia szybkie i miejscowe nakłucie błony, co pozwala na identyfikację kluczowych białek i ich ról funkcjonalnych w skomplikowanej maszynerii naprawy błony plazmatycznej.

Termoplazmoniczne podejście do badania naprawy błon plazmatycznych w żywych komórkach i błonach modelowych

Ten artykuł przedstawia protokół przygotowania fantomów tkanki nowotworowej, które replikują właściwości optyczne dla plazmonicznej terapii fototermicznej. Szczegółowo opisano w nim przygotowanie fantomowe, oceny fototermiczne i walidację opracowanego modelu numerycznego opartego na pomiarach temperatury fototermicznej w celu oceny parametrów terapeutycznych, oferując etyczną, opłacalną alternatywę dla badań in vivo do wstępnych testów.

Plazmoniczna terapia raka fototermicznego: Fantomy naśladujące tkankę nowotworową osadzone w nanocząstkach do wizualizacji fototermicznego rozkładu temperatury

Przedstawiono metodę nałożenia topografii powierzchniowej pochłaniającej światło materiałów kompozytowych polimerowych, szczególnie magnetoaktywnych elastomerów (MAE), za pomocą mikroobróbki laserowej. Ta metoda umożliwia dużą elastyczność w projektowaniu topograficznym i szybkim prototypowaniu. Przedstawiono przykład strukturyzacji powierzchni MAE, charakteryzacji oraz ich reakcji na zewnętrzne pole magnetyczne.

Mikroobróbka laserowa do projektowania topografii powierzchni polimerów

W tym artykule przedstawiono technikę termorefleksji w dziedzinie częstotliwości (FDTR) do lokalnej niedestrukcyjnej charakterystyki termicznej i obrazowania.

Technika termorefleksji w dziedzinie częstotliwości do pomiarów właściwości termicznych

Opisano eksperymentalną metodę badania wczesnej ewolucji plazmy indukowanej ultrakrótkimi impulsami laserowymi. Zastosowanie tej metody pozwala na uzyskanie wysokiej jakości obrazów wczesnej plazmy z wysoką rozdzielczością czasową i przestrzenną. Do symulacji i wyjaśnienia mechanizmów powstawania wczesnej plazmy wykorzystano nowatorski zintegrowany model atomistyczny.

Badanie wczesnej ewolucji plazmy indukowanej ultraszybkimi impulsami laserowymi

Poznaj metodę lokalizacji defektów podpowierzchniowych w próbkach stalowych za pomocą laserowej termografii fototermicznej z ogrzewaniem strukturalnym. Technika ta umożliwia nieinwazyjną detekcję wad zorientowanych prostopadle do powierzchni.

Lokalizacja defektów podpowierzchniowych poprzez ogrzewanie strukturalne za pomocą laserowej termografii fototermicznej

Przeglądaj więcej filmów