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- Puls-Phasen-Thermografie (5) (entfernen)
Abstract
In the recent years the application of infrared thermography and especially its active approaches lock-in thermography, impulse themography and pulse phase thermography (PPT) has gained more importance for non-destructive testing (NDT). In this paper it is demonstrated that PPT is very well suited for NDT in civil engineering. The method is based on pulse heating of the investigated specimen and on the observation of the cooling down process on its surface with an infrared camera. The transient behaviour is afterwards analysed with Fast Fourier Transformation, enabling the creation of phase and amplitude images with enhanced visualisation of the defects. Results of European and National (i.e. DFG) funded projects are presented, for example the detection of voids and inhomogeneities close to the surface and the localisation of delaminations on plastered concrete and masonry specimen.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Rahmen eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Vorhabens zur zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen wird in der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Berlin (TUB) die Puls-Phasen-Thermografie (PPT) weiterentwickelt, bewertet und eingesetzt. Die durch die Impuls-Thermografie (IT) aufgenommenen Daten werden mittels Fast Fourier Transformation (FFT) bearbeitet. Die durch die FFT gewonnenen Phasenbilder reduzieren die Störeinflüsse von Oberflächeninhomogenitäten und ungleichmäßiger Erwärmung.
Die dargestellten Ergebnisse zeigen deutlich, dass sich die PPT sehr gut zur zerstörungsfreien Prüfung im Bauwesen eignet. Insbesondere Inhomogenitäten im oberflächennahen Bereich, wie Ablösungen und Hohlstellen hinter Beschichtungen (Putz, CFK-Laminate etc.), aber auch Defekte in größeren Tiefen können zuverlässig geortet und bildgebend dargestellt werden.
In der folgenden als Promotionsschrift verfassten Arbeit wird ein methodischer Ansatz zur
qualitativen und quantitativen zerstörungsfreien Prüfung von oberflächennahen Strukturen im
Bauwesen mittels aktiver Thermografie entwickelt und erprobt.
Er adaptiert das aus der Werkstoffprüfung bekannte Verfahren der Puls-Phasen-Thermografie
(PPT) für die besonderen Anforderungen im Bauwesen.
Das mit Rechteckimpuls-Thermografie im Frequenzbereich bezeichnete Konzept gründet auf
dem vom Fachgebiet Baustoffe und Baustoffprüfung der Technischen Universität Berlin (TUB)
und der Fachgruppe VIII.2 Zerstörungsfreie Schadensdiagnose und Umweltmessverfahren der
Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) durchgeführten Forschungsvorhaben:
Struktur- und Feuchteuntersuchungen von Bauteil- und Bauwerksoberflächen mit der Impuls-
Thermografie, Teil 1 und Teil 2, gefördert durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG).
Es werden zunächst die Grundlagen der elektromagnetischen Strahlung, der Wärmeübertragung,
der Signalverarbeitung sowie der aktiven Thermografie dargestellt. Es folgt ein Kapitel über das
Thermografie-Konzept von TUB und BAM.
Nach einer Zusammenfassung von bereits unter Mitwirkung des Verfassers veröffentlichten
qualitativen Ergebnissen der Auswertung im Zeit- und Frequenzbereich wird ein neuer Ansatz
für die Defekttiefenbestimmung im Frequenzraum mittels der charakteristischen Frequenz des
maximalen negativen Phasen- und Amplitudenkontrastes zwischen Fehlstelle und ungestörtem
Bereich entwickelt und anhand von systematischen Untersuchungen an Probekörpern der BAM
überprüft. Die vom Verfasser in der Arbeit mit Rechteckimpuls-Spektral-Thermografie (RST)
bezeichnete Methode, die auch als eine Rechteckimpuls-Thermografie (RIT) im Frequenzbereich
oder eine durch Amplitudenauswertung ergänzte PPT für Rechteckimpulse verstanden werden
kann, soll die aus der Literatur bekannten Ansätze ergänzen und bietet eine Alternative für die
Tiefenbestimmung von Defekten bei Messungen mit langen Erwärmungs- und Beobachtungszeiten,
wie sie im Bauwesen häufig vorkommen.
Die Arbeit wird vervollständigt durch analytische Untersuchungen über den angeregten Wärme-
fluss sowie ergänzende Simulationsrechnungen und die Beschreibung werkstoffübergreifender
Praxisanwendungen zur Qualitätssicherung und zur Schadensdiagnose sowie zur Strukturuntersuchung
von Kulturgütern im Bauwesen. Sie schließt ab mit möglichen Perspektiven der aktiven
Thermografie im Bauwesen sowie mit einer Zusammenfassung.
Nach einer Einführung in die Puls-Phasen-Thermografie (PPT) wird ein neuer Ansatz für die Defekttiefenbestimmung im Frequenzraum mittels der sogenannten charakteristischen Frequenz des minimalen Phasen- und Amplitudenkontrastes zwischen Fehlstelle und ungestörtem Bereich entwickelt und anhand von systematischen Untersuchungen an Probekörpern der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung und ergänzenden Simulationsrechnungen überprüft.
Die mit Rechteckimpuls-Spektral-Thermografie (RST) bezeichnete Methode, die auch als eine Rechteckimpuls-Thermografie (RIT) im Frequenzbereich oder eine durch Amplitudenauswertung ergänzte PPT für Rechteckimpulserwärmung verstanden werden kann, soll die existierenden Ansätze ergänzen und bietet eine Alternative für die Tiefenbestimmung von Defekten bei Messungen mit langen Erwärmungs- und Beobachtungszeiten, wie sie bei Anwendung von aktiver Thermografie im Bauwesen häufig vorkommen.