Mechanical engineering | Maintenance » Szabó József Zoltán - Különleges diagnosztikai módszerek, az elektromágneses sugárzás

MŰSZAKI DIAGNOSZTIKA II. Szabó József Zoltán főisk. adjunktus GÉPÉSZETI ÉS RENDSZERTECHNIKAI INTÉZET 1. előadás KÜLÖNLEGES DIAGNOSZTIKAI MÓDSZEREK I. AZ ELEKTROMÁGNENSES SUGÁRZÁS A félév főbb témakörei • Elektromágneses sugárzás, alapfogalmak, definíciók, felosztás • Infravörös sugárzás diagnosztikai alkalmazásai • A látható fény diagnosztikai alkalmazásai, endoszkópia • Átvilágításos technikák, röntgen és gamma sugárzás diagnosztikai alkalmazásai • Részecskevizsgálat, ferrográfia diagnosztikai alkalmazásai • Szakértő rendszerek diagnosztikai alkalmazásai • Zajdiagnosztika Az elektromágneses sugárzás tulajdonságai • A mechanikai rezgések és zajok mellett a legsokoldalúbban alkalmazott diagnosztikai információ hordozó • Alapvetően kétfajta eljárást különböztethetünk meg: – Passzív eljárások : - melyek a testekből kiáramló információt (pl. infravörös sugarak, rezgés,

zaj, stb) regisztrálják és elemzik – Aktív eljárások : - melyek valamilyen információ hordozót (pl. röntgen, vagy gamma sugarat) juttatnak át a testen és ennek változását regisztrálják, elemzik • EREDETE: a természetben a NAP is bocsátja ki, de mesterségesen is előállítható valamennyi fajtája • Viselkedése alapján egyaránt tulajdoníthatunk neki hullám, illetve részecske természetet, hiszen a fotonok hullámmozgással „közlekednek”. • Terjedéséhez nincs szükség hordozó közegre mint pl. a hangnak a levegőre, vagy a mechanikai rezgéseknek fémre Fizikai tulajdonságai • Sebesség : az elektromágneses sugárzás a fény sebességével halad, amely c0 = 299.792,5 km/sec amely univerzális állandó, jelenleg ez a legnagyobb elérhető sebesség a földön. Sűrűbb közegekben pl vízben lassabban terjed, mint pl. vákuumban ebben 225.000 km/sec a fénysebesség • Hullámhossz : kb. harminc nagyságrendet ölel át, jele „λ”

[m], ez csoportosításának egyik lehetősége • Frekvencia : ez a másik felosztási lehetőség, amely összefügg a hullámhosszal. Jele „f” [Hz] • Összefüggése : f = c0 / λ [Hz]. Egyéb tulajdonságok, jellegzetességek • Az ES-t tehát alapvetően a frekvencia és a hullám-hossz szerint oszthatjuk fel, de létezik összefüggés a hullámhossz és a hőmérséklet között is. • Az ES tranzverzális jellegű hullám, melynek bizo-nyítéka a polarizáció. A poláros fényben a hullámok egy síkban vannak. • A látható fény tartományban a szín és a hullámhossz szorosan összefügg. A hullámhossz ebben a tartományban 0,36 – 0,72 µm-ig terjed. • Azonos hullámhosszúságú hullámok monokromatikusak, ilyen pl. a lézer, amely koherens is, azaz a hullámok azonos fázisban vannak. A lézer-sugár ennek megfelelően csak kevéssé szóródik, ezért egyenesek kitűzésére és távolság mérésre kiválóan alkalmas. Érdekességek • Az

egyik legérdesebb terület a holográfia. A lézer forrás fényét két részre osztják és az egyikkel megvilágítanak egy 3 dimenziós tárgyat. A felületről visszaverődő fényt a másik résszel (referencia sugárral) interferenciába hozzák, ebből jön létre az un. interferencia kép A referencia sugárral megvilágítva az interferencia képet láthatóvá válik a 3 dimenziós tárgy un. hologramja (3 dimenziós képe) A fehér fény spektruma Az elektromágneses sugarak felosztása Az elektromágneses sugarak felosztása Az elektromágneses sugarak felosztása Az elektromágneses sugarak felosztása Az elektromágneses hullámok diagnosztikai alkalmazása • Infravörös sugárzás hasznosítása • Látható fény hasznosítása • Átvilágításos technikák, röntgen és gamma sugarak alkalmazása Infravörös sugárzás hasznosítása Planck - törvénye A Stefan Bolzman törvény A Wien- összefüggés és parabola

Az abszolút fekete test A termovízió további jellemzői • A sugárzás hullámhossza, emissziós tényező és a lesugárzás szöge ismeretében a testek abszolút hőfoka állapítható meg. A diagnosztikában azonban a hőmérséklet eloszlásban mutatkozó eltérést használják ki. • Az infra-sugárázásra érvényesek az optika törvényei, de a látható fény számára átlátszó anyagok pl. üveg, plexi, stb. áthatolhatatlanok Ezért az optikai részek anyaga germánium, szilícium, vagy zafír, melyen át tud hatolni. • A termovízió eszközei a kamera és a speciális infra televízió, melyek napjainkra a korszerű digitális technikán alapulnak. Videoszerű felvételek és képek készíthetők • A műszer a hőképet látható tartományba transzformálja. A termovízió alkalmazási területei • A termovíziós készülék kezelése nem tér el a hagyományos kameráktól, nagy előnyük, hogy a felvételek nagyobb távolságokból is

elkészíthetők, amely lehetővé teszi veszélyes, nehezen megközelíthető, vagy zárt terek megfigyelését is. • Napjainkban a legelterjedtebb hőmérők a képen látható kézi műszer formájában szintén ezen az elven működnek. A termovízió alkalmazási területei • Villamos hálózatok, megszakítók, trafók, fogyasztók melegedési helyeinek vizsgálata • Hőerőgépek, kazánok, kemencék, hő-távvezetékek, stb. veszteségeinek megfigyelése • Belsőégésű motorok vizsgálata, motor hőeloszlása, kipufogó, katalizátor, stb. • Atomerőművek primer és szekunder körei • Gépek melegedési helyei, csapágyak, fogaskerekek, tengelykapcsolók, hidraulikus berendezések súrlódásból adódó melegedése • Épületek, nyílászárók, szigetelések hő-hídjainak feltárása • Katonai éjjellátó készülékek • Környezetvédelem : erdőtüzek felderítése Termovíziós technikával készült kép Y csapágyról Termovíziós

technikával készült kép Y csapágyról Termovíziós technikával készült kép fogaskerék hajtóműről Termovíziós technikával készült kép fogaskerék hajtóműről RÖNTGEN ÉS GAMMA SUGÁRZÁS • Ezek az un. aktív átvilágításos technikák, melyeknél a sugárforrás és az erre érzékeny film között helyezzük el a vizsgálandó tárgyat. • A röntgen és gamma sugár számára a fémek is átlátszóak, ezeken is áthatol • A sugarak áthatolnak az anyagon ott azonban ahol valamilyen üreg, lunker, zárvány helyezkedik el könnyebben át tudnak menni, erősebb sugárzás éri a filmet, amely itt jobban „kifehéredik”. • A film „feketedése” a sugárzás keménységétől (frekvenciájától), a besugárzási időtől, a fém vastagságától, anyagminőségétől (pl. ólom), illetve a film érzékenységétől függ. RÖNTGEN (X-RAY) sugár jellemzői • A röntgencsőben a katódról kibocsátott elektronok a wolfram-anódba

ütköznek. Az ütköző elektronok energiája határozza meg a hullám hosszúságát, amely annál kisebb, minél erősebb a sugár • 20 – 50 mm-es acéllemezeken is könnyedén áthatol • Leggyakrabban öntvények öntési hibáinak és hegesztési varratok jóságának megállapítására használják GAMMA sugár jellemzői • Erősebb mint a Röntgen, akár 100 – 200 mm-es acéllemezen is áthatol • A sugárzást természetes (thorium, urán) és mesterséges radioaktív elemekkel állítják elő, gyakorlati célokra a diagnosztikában leginkább a Kobalt 60 és az Iridium 192 izotópokat alkalmazzák. • A sugárzás érzékelésére film helyett Geiger-Müller számláló csövet alkalmaznak (a beütések száma füllel is érzékelhető) • Alkalmazása hasonló a Röntgen sugárhoz Hegesztési varrat hibák kimutatása Röntgen felvételen Részecske koncentráció mérés izotóppal besugárzott részecskék számlálása VÉGE