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Active infrared thermography in civil engineering - quantitative analysis by numerical simulation
(2003)
The cooling-down process of building structures after heating-up with an external radiation source was analysed to detect voids inside and below the surface. Quantitative results of concrete test specimen containing voids with different sizes at various depths will be presented here. The experimental results were compared to numerical simulations performed with a Finite Difference program developed at BAM.
Anwendung der Impuls-Thermografie als quantitatives zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen
(2002)
Zusammenfassung
Die Impuls-Thermografie ist eine aktive Methode zur Strukturuntersuchung von Bauteilen. Im Rahmen eines von der DFG geförderten Projektes wird in Kooperation mit der TU Berlin an der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung zur Zeit die mögliche Anwendung der Impuls-Thermografie als zerstörungsfreies Prüfverfahren im Bauwesen untersucht.
Die Impuls-Thermografie soll zur Ortung von oberflächennahen Inhomogenitäten, bei denen es sich im Normalfall um Fehlstellen handelt, in typischen Bauteilen verwendet werden und nach Möglichkeit die Geometrie- sowie die Materialparameter der Inhomogenitäten quantitativ bestimmt werden.
Messungen werden derart durchgeführt, dass Oberflächen mit einem geeigneten Heizstrahler erwärmt, die anschließenden Abkühlungsprozesse mit einer Infrarot-Kamera betrachtet und thermische Bilddaten (Thermogramme) aufgezeichnet werden. Der Hauptansatzpunkt für die quantitative Auswertung der Messdaten ist die Betrachtung von Temperatur-Zeit-Kurven (Transienten) des Abkühlungsprozesses über fehlerfreien und fehlerhaften Bereichen des Probekörpers. Zusätzlich werden auf Basis der Finiten-Differenzen-Methode numerische Simulationen durchgeführt. Quantitative Ergebnisse werden sowohl durch den Vergleich der experimentellen Daten mit den Simulationsrechnungen als auch durch eine Anpassung analytischer Funktionen an die Transienten erzielt.
Ortung von Hohlstellen und Ablösungen in Betonkonstruktionen mit Radar und Impuls-Thermografie
(2003)
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.
As shown recently, the quantification of damage in historic masonry structures is possible by using active thermography. In this paper, a case study is presented concerning systematic studies of the determination of damage size and prognosis of damage increase inside a sandstone column by using different approaches of active thermography. Various heating sources as well as impulse and periodic heating have been compared. Reproducible investigations in regular time intervals for structural monitoring are possible.
Active thermography is sensitive to inhomogeneities at and below the surface of objects investigated. Thus, it should be useful for detecting plaster delaminations on concrete. In this paper, the results of field and laboratory investigations into plaster-covered concrete were compared. For evaluating the bonding state of the plaster it is not sufficient to study only the thermal contrasts at the surface of the investigated objects. The experimental results suggest that the overall thermal behaviour has to be considered.
Pulse thermography is a non-destructive testing method based on infrared imaging of transient thermal patterns. Heating the surface of the structure under test for a short period of time generates a non-stationary temperature distribution and thus a thermal contrast between the defect and the sound material. In modern NDT, a quantitative characterization of hidden imperfections in materials is desired. In particular, defect depth and shape are of interest. The reconstruction of the defect from thermography data is a nonlinear inverse problem, and ill-posed. We propose an algorithm for the identification of subsurface defects based on the travel time of the reflected thermal pulse. Our work extends results by Lugin and Netzelmann, taking lateral thermal flows directly into account while retrieving the defect depth. This requires significantly less computational work. Quantitative information about the defect shape and depth is obtained. Application of our method to both thermography data generated by a finite element simulation and experimental heating of PVC test specimens with different defects yields good reconstruction of the actual defects.
Struktur- und Feuchteuntersuchungen von Bauteil- und Bauwerksoberflächen mit der Impuls-Thermografie
(2005)
Influence of concret properties on the calibration of radar, ultrasonics and active thermography
(2008)
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.