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As groundwork for thickness determination of polymeric surface protection systems for concrete, we present a method for measuring the thickness of isolated semitransparent solids using pulse thermography both in Transmission and reflection geometry. Since standard models do not capture semitransparency, an advanced analytical model by Salazar et al. is applied. Physical material parameters are deduced by fitting experimental data from samples of well-known
thickness. Using those, the thickness of samples of the material can be obtained by fitting, as demonstrated for different semitransparent polymer materials.
As groundwork for thickness determination of polymeric surface protection systems for concrete, we present a method for measuring the thickness of isolated semitransparent solids using pulse thermography both in transmission and reflection configuration. An advanced analytical model by Salazar et al. capturing semitransparency is applied. After calibration with samples of well-known thickness, the unknown thickness of samples of the same material can be obtained by fitting.
So far, only destructive measurement techniques are available for thickness determination of polymer based surface protection systems for concrete surfaces. Pulse thermography appears to be well suited for non-destructive thickness evaluation in these systems. Here, we present first results of the development of a respective measurement and analysis procedure. Since surface protection systems consist of a number of layers, a model for the calculation of the surface temperature of a multi-layer structure on an infinite (concrete) substrate in pulse thermography setup was developed. It considers semitransparency of the upmost layer and thermal losses at the surface. It also supports the use of an arbitrary temporal shape of the heating pulse to properly describe the measurement conditions for different heat sources. First experimental results regarding the verification of the model are presented.
Funding by the Federal Ministry for Economic Affairs and Energy is gratefully acknowledged.
Im Bauwesen werden Polymerbeschichtungen häufig eingesetzt um einerseits ein bestimmtes Aussehens zu schaffen oder andererseits das Bauteil vor Alterung, Verschleiß oder Schädigung zu schützen. Bei praktisch allen Arbeitszielen ist deren Wirkung von der eigens dafür definierten Schichtdicke der Polymerbeschichtung abhängig. Daher wird die Dicke der Beschichtung nach erfolgtem Schichtauftrag überprüft. Für den in diesem Zusammenhang anspruchsvollen mineralischen Untergrund Beton stehen bislang allerdings nur zerstörende Prüfverfahren zur Verfügung. Aus diesem Grund soll im Rahmen des Projektes in Kollaboration mit der IBOS GmbH ein auf aktiver Thermografie basierendes Verfahren sowie ein Gerät für den vor-Ort-Einsatz entwickelt werden, mit dessen Hilfe eine zerstörungsfreie Schichtdickenbestimmung möglich ist.
Der Vortrag gibt einen kurzen Überblick über die Schichtdickenbestimmung mit Hilfe aktiver Thermografie und erläutert die speziellen Herausforderungen an die Thermografie für die in diesem Projekt zu charakterisierenden Polymerwerkstoffe. Zudem wird auf die Anforderungen an die zu entwickelnde Methode, den aktuellen Stand der Entwicklung sowie auf erste Ergebnisse des Projektes eingegangen.
For thickness determination of polymer based surface protection systems for concrete surfaces, so far only destructive measurement techniques are available. Pulse thermography appears to be well suited for non-destructive thickness evaluation in these systems. Here, we present first results of the development of a respective measurement and analysis procedure. Since surface protection systems consist of a number of layers, a model for the calculation of the surface temperature of a multi-layer structure on a semi-infinite (concrete) substrate in pulse thermography setup was developed. It considers semitransparency of the upmost layer and thermal losses at the surface. It also supports the use of an arbitrary temporal shape of the heating pulse to properly describe the measurement conditions for different heat sources. Simulations for one and three layers on the substrate are presented and first results from fitting the model to experimental data for thickness determination and verification of the model are presented.
Im Bauwesen werden Polymerbeschichtungen auf Beton häufig eingesetzt um zum einen ein bestimmtes Aussehen zu schaffen und zum anderen das Bauteil vor Alterung, Verschleiß und Schädigung zu schützen. Für praktisch alle Ziele ist die Wirkung von der eigens dafür definierten Schichtdicke der Polymerbeschichtung abhängig. Daher wird die Dicke der Beschichtung nach erfolgtem Schichtauftrag überprüft. Für den in diesem Zusammenhang anspruchsvollen mineralischen Untergrund Beton stehen bislang allerdings nur zerstörende Prüfverfahren zur Verfügung. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Projektes IRKUTSK ein auf aktiver Thermografie basierendes Verfahren sowie ein Gerät für den vor-Ort-Einsatz entwickelt, mit dessen Hilfe eine zerstörungsfreie Schichtdickenbestimmung möglich ist.
Hier wird ein kurzer Einblick in das zur Schichtdickenbestimmung entwickelte Thermografieverfahren gegeben. Die Besonderheiten bei der quantitativen Auswertung, die durch die Teiltransparenz der Polymerbeschichtungen auftreten, werden erläutert. Die Funktion des Verfahrens für einlagige Systeme wird anhand von La-bormessungen illustriert.
Im Bauwesen werden Polymerbeschichtungen auf Beton häufig eingesetzt um zum einen ein bestimmtes Aussehen zu schaffen und zum anderen das Bauteil vor Alterung, Verschleiß und Schädigung zu schützen. Für praktisch alle Ziele ist die Wirkung von der eigens dafür definierten Schichtdicke der Polymerbeschichtung ab-hängig. Daher wird die Dicke der Beschichtung nach erfolgtem Schichtauftrag überprüft. Für den in diesem Zusammenhang anspruchsvollen mineralischen Untergrund Beton stehen bislang allerdings nur zerstörende Prüfverfahren zur Verfügung. Aus diesem Grund wurden im Rahmen des Projektes IRKUTSK ein auf aktiver Thermografie basierendes Verfahren sowie ein Gerät für den vor-Ort-Einsatz entwickelt, mit dessen Hilfe eine zerstörungsfreie Schichtdickenbestimmung möglich ist.
Hier wird ein kurzer Einblick in das zur Schichtdickenbestimmung entwickelte Thermografieverfahren gegeben. Die Besonderheiten bei der quantitativen Auswertung, die durch die Teiltransparenz der Polymerbeschichtungen auftreten, werden erläutert. Die Funktion des Verfahrens für einlagige Systeme wird anhand von Labormessungen illustriert.
Flash thermography is widely used in non-destructive testing and materials characterisation. The use of analytical modelling utilizing the Laplace transform allows one to calculate the temperature transients of flash-heated samples and therefore characterize them by fitting of the results of model calculations to experimental data. However, for samples with high thermal diffusivity or very thin samples, the temperature transient is strongly influenced by the temporal shape of the heating pulse, especially in reflection configuration. To incorporate this into the model, the temporal shape of the heating pulse and its Laplace transform have to be known. Here we present a close phenomenological approximation of the temporal shape of pulses of Xe-flash lamps. It is a non-stitched solution, has a simple Laplace transform and is suitable for different lamps and energy settings. As an example for a practical application of the pulse shape approximation, we use it to determine the thickness of polymer samples with thicknesses down to 80 µm by means of flash thermography, both in transmission and reflection configuration. Using a rectangular pulse shape or a delayed Dirac pulse shape, the thickness results are very sensitive to the start time of the fit and an additional calibration is needed.
Thickness determination of semitransparent solids using flash thermography and an analytical model
(2017)
As groundwork for thickness determination of polymeric surface protection systems for concrete, we present a method for measuring the thickness of isolated semitransparent solids using flash thermography both in transmission and reflection configuration. Since standard models do not capture semitransparency, an advanced analytical model by Salazar et al. is applied. Physical material parameters are deduced by fitting experimental data from samples of well-known thickness. Using those, the thickness of samples of the material can be obtained by fitting, as demonstrated for different semitransparent polymer materials.
In this work, we describe the extension of the applicability of a point-shaped energy density detector formerly only applicable for flash lamp excitation to optical heat sources for step-heating thermography, such as IR lamps or halogen lamps. Such continuous heat sources are often used in active thermography testing, when materials with low thermal diffusivity and specimens with large heat capacity are examined and large amounts of energy have to be deposited. Here, the temperature transient at the sensor surface is recorded by the infrared camera that is already present. The energy (power) input into the investigated specimen can be determined during the following data evaluation by fitting the results of an analytical model to the experimental data.