Articles
Permanent URI for this collection
Browse
Recent Submissions
Item Comparison of Methods for Emissivity Influence Suppression on Thermographic Data(MDPI, 2023) Muzika, Lukáš; Tesař, Jiří; Švantner, Michal; Skála, Jiří; Honnerová, PetraEmisivita je klíčovým parametrem pro kvantitativní termografické měření. Ovlivňuje měřenou teplotu pomocí infračervené kamery. Obvykle se emisivita zpracovává pomocí softwaru dodaným s infračervenou kamerou, ale často se pro složitější úlohy - např. nastavení emisivity jednotlivých pixelů je třeba vytvořit vlastní řešení. To může být obzvláště výhodné pro aktivní termografické měření a dynamickou kontrolu budov pomocí infračervené termografie, protože v termografických datech se vyskytuje mnoho oblastí s různou emisivitou. V literatuře, se nejčastěji vyskytuje jedna technika potlačení emisivity - technika používaná výrobci infračervených kamer. Nicméně dvě další techniky jsou zmiňovány okrajově. Nejsložitější je technika používaná výrobci infračervených kamer, která umožňuje nastavení mnoha parametrů, ale je obtížné ji začlenit do vlastního řešení. Naproti tomu druhou metodu lze snadno přizpůsobit. Ta využívá vztahu mezi emisivitou a čtvrtou mocninou teplot. Třetí je málo používaná technika, která se vyskytuje u některých aktivních termografických měření, kdy je termografická sekvence v countech rozdělena snímkem, kdy je dosaženo teplotní rovnováha. Hlavním cílem tohoto článku je porovnat tyto jednotlivé techniky z hlediska přesnosti a možnosti použití. Experiment ukázal, že všechny tři metody lze úspěšně použít pro potlačení vlivu emisivity.
Item Inverse dependence of heat accumulation on pulse duration in laser surface processing with ultrashort pulses(Elsevier, 2023) Moskal, Denys; Martan, Jiří; Honner, Milan; Ballardin Beltrami, Carlos; Kleefoot, Max Jonathan; Lang, VladislavDélka laserového pulzu je jedním z důležitých parametrů, který je schopen dramaticky změnit účinnost ablace. Kratší doba trvání laserového pulzu vede k hlubšímu transportu absorbované energie v podpovrchových vrstvách materiálu. Ultrarychlé a nerovnovážné procesy dokážou pozoruhodně ovlivnit zbytkovou energii, která se po ablaci akumuluje v hlubších podpovrchových vrstvách. Na druhé straně nežádoucí vysoká akumulace tepla vede k přehřívání materiálu s povrchovou oxidací, vznikem kapalné fáze a v důsledku toho k nízké kvalitě zpracování. V tomto článku byl poprvé experimentálně hodnocen vliv délky laserového pulsu na hodnotu akumulace tepla. Akumulace tepla byla měřena vysoce citlivým rychlým infračerveným detektorem. Výsledky byly prezentovány v porovnání s analýzou struktury povrchu, rychlostí ablace materiálu a optickou odrazivostí. Byla zjištěna neočekávaná inverzní závislost akumulace tepla na délce laserového pulzu. Optimální trvání laserového pulsu blízko 1 ps odpovídá maximální hodnotě akumulace tepla a také nejvyšší účinnosti ablace na rozdíl od delších laserových pulsů. Stejná optimální hodnota trvání pulsu byla detekována pro nízkofrekvenční (250 kHz) a pro vysokofrekvenční (1 MHz) režimy laserového zpracování povrchu. Maximální hodnota akumulace tepla byla očekávána při nejdelších laserových pulzech. Výsledky jsou diskutovány z pohledu dvouteplotního modelu.
Item Scanning Strategies in Laser Surface Texturing: A Review(MDPI, 2023) Moskal, Denys; Martan, Jiří; Honner, MilanLaserové texturování povrchu (LST) je jednou z nejslibnějších technologií pro řízené strukturování povrchu a získání specifických fyzikálních vlastností povrchu potřebných u funkčních povrchů. Kvalita a rychlost zpracování laserového texturování povrchu silně závisí na správné volbě skenovací strategie. V tomto článku je uveden srovnávací přehled klasických a nedávno vyvinutých skenovacích strategií laserového texturování povrchu. Hlavní pozornost je věnována maximální rychlosti zpracování, přesnosti a existujícím fyzikálním omezením. Jsou navrženy možné cesty dalšího rozvoje strategií laserového skenování.Item Measurement and Processing of Thermographic Data of Passing Persons for Epidemiological Purposes(MDPI, 2023) Tesař, Jiří; Muzika, Lukáš; Skála, Jiří; Kohlschütter, Tomáš; Honner, MilanBezkontaktní měření teploty osob během epidemie je nejpreferovanější možností měření z důvodu bezpečnosti personálu a minimální možnosti šíření infekce. Používání infračervených (IR) senzorů ke sledování vchodů do budov pro infikované osoby zaznamenalo v letech 2020 až 2022 velký boom kvůli epidemii COVID-19, ale s diskutabilními výsledky. Tento článek se nezabývá přesným stanovením teploty jednotlivce, ale zaměřuje se na možnost využití infračervených kamer pro sledování zdravotního stavu populace. Cílem je využít velké množství infračervených dat z mnoha míst k poskytování informací epidemiologům, aby měli lepší informace o potenciálních ohniscích. Tento příspěvek se zaměřuje na dlouhodobé sledování teploty procházejících osob uvnitř veřejných budov a hledání nejvhodnějších nástrojů pro tento účel a je zamýšlen jako první krok k vytvoření užitečného nástroje pro epidemiology. Jako klasický přístup se používá identifikace osob na základě jejich charakteristických teplotních hodnot v průběhu dne. Tyto výsledky jsou porovnány s výsledky metody využívající umělou inteligenci (AI) k vyhodnocení teploty ze současně pořízených infračervených snímků. Jsou diskutovány výhody a nevýhody obou metod.Item A method and apparatus for inspecting large flat composite parts by using the Infrared LST technique(Gruppo Italiano Frattura, 2023) Chulkov, Arsenii; Vavilov, Vladimir; Nesteruk, Denis; Burleigh, Douglas; Moskovchenko, AlexeyPrincip liniové termografie (Line Scan Thermography - LST) byl využit při vývoji samohybného infračerveného termografického nedestruktivního testovacího zařízení pro kontrolu velkých, relativně plochých kompozitních leteckých dílů, jako jsou křídla letadel. Konstrukce přístroje umožnila potlačení šumu z odraženého záření. Nové zařízení, využívající metodu LST, poskytovalo detekci vad podobnou té, které bylo dosaženo klasickým statickým postupem s bleskovým ohřevem, ale s vyšší rychlostí testování. Rovněž princip liniového ohřevu zajistil rovnoměrnější tepelné obrazce a správná volba rychlosti skenování a zorného pole umožňuje volbu optimálních časových prodlev a vytvoření map defektů v různých hloubkách. Účinnost charakterizace defektů byla zvýšena použitím vyškolené neuronové sítě.Item Investigation on the parameter dependency of the perforation process of graphite based lithium-ion battery electrodes using ultrashort laser pulses(Laser Institute of America, 2022) Kleefoot, Max-Jonathan; Sandherr, Jens; Sailer, Marc; Nester, Sara; Martan, Jiří; Knoblauch, Volker; Kumkar, Malte; Riegel, HaraldPerforation of lithium-ion battery electrodes has recently become an increasing interest in science and industry. Perforated electrodes have shown improved electrochemical properties compared to conventional, nonperforated electrodes. It has been demonstrated that through perforation, the fast-charging capability and the lifetime of these batteries can be significantly improved. The electrodes for lithium-ion batteries consist of a copper foil onto which the electrode material is applied as a porous layer. This layer is mainly composed of active material particles, which are bound together by a binder phase. Here, synthetic graphite was used as an active material. Up to now, it has been shown that an advantageous and precise perforation geometry can be produced by ultrashort laser pulse ablation. Since the ablation volumes during perforation of the porous electrode material with ultrashort laser pulses are unusually high compared to solids, this work investigates the parameter dependency on the ablation mechanisms in detail. For this purpose, in particular, single-pulse ablation was investigated with respect to the ablation thresholds at different pulse durations. The pulse durations were varied over a large range from 400 fs to 20 ps. By varying the number of pulses per perforation up to 50 and the single-pulse energy up to 45 μJ, it could be shown that a homogeneous ablation down to the conductor foil through the 63 μm thick active material layer can be achieved.Item Statistical Study on Human Temperature Measurement by Infrared Thermography(MDPI, 2022) Švantner, Michal; Lang, Vladislav; Skála, Jiří; Kohlschütter, Tomáš; Honner, Milan; Muzika, Lukáš; Kosová, EliškaIncreased temperature in humans is the symptom of many infectious diseases and it is thus an important diagnostic tool. Infrared temperature measurement methods have been developed and applied over long periods due to their advantage of non-contact and fast measurements. This study deals with a statistical evaluation of the possibilities and limitations of infrared/thermographic human temperature measurement. A short review of the use of infrared temperature measurement in medical applications is provided. Experiments and statistics-based evaluation to confirm the expected accuracy and limits of thermography-based human temperature measurement are introduced. The results presented in this study show that the standard deviation of the thermographic measurement of the eyes maximum temperature was 0.4–0.9 °C and the mean values differences from the armpit measurement were up to 0.5 °C, based on the used IR camera, even though near ideal measurement conditions and permanent blackbody correction were used. It was also shown that a certain number of outliers must be assumed in such measurements. Extended analyses including simulations of true negative/false positive, sensitivity/specificity and receiver operating characteristics (ROC) curves are presented. The statistical evaluation as well as the extended analyses show that maximum eyes temperature is more relevant than a forehead temperature examination.Item Influence of spray angle on microstructure and lifetime of suspension plasma-sprayed thermal barrier coatings(Springer, 2022) de Goes, Wellington Uczak; Ossiansson, Mattias; Markocsan, Nicolaie; Gupta, Mohit; Honnerová, Petra; Veselý, ZdeněkTepelné povlakové bariéry (TBC) jsou široce používány v motorech plynových turbín pro výrobu energie. V posledních letech byla zavedena aplikace TBC v automobilovém průmyslu ke zlepšení účinnosti motoru. Nízká tepelná vodivost a vysoká životnost jsou požadované vlastnosti povlaku jak pro motory s plynovou turbínou, tak pro automobily. Suspenzní plazmové nástřiky (SPS) umožňují sloupcovou mikrostrukturu, která kombinuje obě vlastnosti. Může však být náročné nanést jednotnou sloupcovou mikrostrukturu na komplexní geometrii, jako je součást plynové turbíny nebo hlava pístu, a dosáhnout podobných vlastností povlaku na všech površích. Cílem této práce bylo prozkoumat vliv úhlu nástřiku na mikrostrukturu a životnost TBC produkovaných SPS. Za tímto účelem byly SPS TBC naneseny na vzorky s použitím různých úhlů nástřiku. Mikrostruktury povlaků byly analyzovány obrazovou analýzou na tloušťku, poréznost a hustotu sloupce. U každého TBC byly hodnoceny tepelné a optické vlastnosti. U všech zkoumaných TBC byly provedeny testy životnosti, speciálně navržené pro tyto dvě aplikace. Výsledky životnosti byly analyzovány s ohledem na mikrostrukturu TBC a tepelné a optické vlastnosti. Toto zkoumání ukázalo, že existuje limit úhlu nástřiku, který dosahuje nejlepšího kompromisu mezi mikrostrukturou TBC, tepelnými vlastnostmi, optickými vlastnostmi a životností.Item Repeatability study of flash-pulse thermographic inspection of carbon-fiber composite samples(Elsevier, 2022) Švantner, Michal; Muzika, Lukáš; Moskovchenko, Alexey; Pereira, Celeste M. C.; Das, ShumitFlash-pulzní termografické nedestruktivní testování je často používaná technika pro inspekci kompozitních materiálů.Tato studie je zaměřena na statistické hodnocení flash-pulzní termografické metody při nedestruktivním testování kompozitních materiálů. Referenční vzorky z kompozitního materiálu s 50 umělými defekty byly testovány 3 operátory ve 2 nezávislých kolech. Hodnocení indikací bylo provedeno na základě hodnoty kontrastu indikací vůči okolí (contrast to noise ratio) a na základě zjištěné velikosti indikací. Bylo zjištěno, že při daných podmínkách je celková Gage R&R variabilita 23 % a 45 % pro průměr resp. pro kontrast indikace.Item Analyzing probability of detection as a function of defect size and depth in pulsed IR thermography(Elsevier, 2022) Moskovchenko, Alexey; Švantner, Michal; Vavilov, Vladimir; Chulkov, ArseniiItem LIPSS-based functional surfaces produced by multi-beam nanostructuring with 2601 beams and real-time thermal processes measurement(Nature Research, 2021) Hauschwitz, P.; Martan, Jiří; Bičišťová, R.; Ballardin Beltrami, Carlos; Moskal, Denys; Brodsky, A.; Kaplan, N.; Mužík, 1; Štepánková, D.; Brajer, J.; Rostohar, D.; Kopeček, J.; Prokešová, Lucie; Honner, Milan; Lang, Vladislav; Smrž, M.; Mocek, T.Unikátní kombinace ultrakrátkého vysokoenergetického pulzního laserového systému s výjimečnou kvalitou paprsku a uninového difrakčního optického prvku (DOE) umožňuje současnou produkci 2601 laserových stop uspořádaných do čtvercové matice 1 × 1 mm za méně než 0,01 ms. Úpravou laseru a parametrů zpracování může každá stopa obsahovat laserem indukované periodické povrchové struktury (LIPSS, vlnky), včetně LIPSS s vysokou prostorovou frekvencí (HFSL) a LIPSS s nízkou prostorovou frekvencí (LSFL). DOE umístěné před galvanometrickým skenerem umožňuje snadnou integraci a spojování vzoru na větších plochách. Kromě toho byla tvorba LIPSS poprvé monitorována pomocí rychlé infračervené radiometrie pro ověření možností kontroly kvality v reálném čase. Během výroby LIPSS byly po každém laserovém pulzu pozorovány plata tuhnutí, což umožňuje řízení procesu sledováním akumulace tepla nebo délky plat pomocí nového přístupu derivace signálu. Analýza plat tuhnutí po každém laserovém pulzu umožnila dynamickou kalibraci měření. Z měření byly pozorovány teploty akumulace tepla od 200 do 1000 °C a porovnány s teoretickým modelem. Měření teploty odhalilo zajímavé změny ve fyzice procesu laserové ablace. Navíc nejvyšší produktivita na ploše 40 × 40 mm dosáhla 1910 cm2/min, což je podle našich nejlepších znalostí nejvyšší prokázaná produktivita nanostrukturování LIPSS. Ukazuje tak velký potenciál pro účinnou výrobu funkčních povrchů na bázi LIPSS, které lze použít ke zlepšení mechanických, biologických nebo optických vlastností povrchu.Item Radiation damage evolution in pure W and W-Cr-Hf alloy caused by 5 MeV Au ions in a broad range of dpa(Elsevier, 2021) Macková, A.; Fernandes, S.; Matejíček, J.; Vilémová, M.; Holý, V.; Liedke, M.O.; Martan, Jiří; Vronka, M.; Potoček, M.; Bábor, P.; Butterling, M.; Attallah, A.G.; Hirschmann, E.; Wagner, A.; Havránek, V.Čistý W a slitina W-Cr-Hf, které jsou perspektivními materiály pro jaderné fúzní reaktory, jako je DEMO, byly ozářeny při pokojové teplotě 5 MeV ionty Au2+ s dávkami mezi 4 × 10e14 a 1,3 × 10e16 ionty.cm-2 za účelem vytvoření různých úrovní poškození mřížky od jednotek až po desítky dpa. Odlišný charakter akumulace radiačního poškození, mikrostruktura a povaha defektů byly pozorovány u čistého W i slitin W-Cr-Hf, přičemž tyto slitiny vykazovaly zajímavou schopnost reorganizace poškození a snížení velikosti defektu při vyšších dávkách iontů, jak bylo stanoveno pozitronovou anihilační spektroskopií. (PAS). Vysoká míra radiačního poškození v ozařované vrstvě byla prokázána ve vzorcích W již při nižších dávkách Au-iontů ve srovnání se vzorky W-Cr-Hf, kde se poškození stupňovitě zvyšovalo s rostoucí dávkou Auiontů. Zřetelná akumulace defektů byla doprovázena odlišnou distribucí implantovaných Au-iontů v ozařované vrstvě stanovenou sekundární iontovou hmotnostní spektrometrií (SIMS), stejně jako tepelné vlastnosti ukázaly následné zhoršení hloubky v dobré shodě s Au koncentračními hloubkovými profily. TEM potvrdila výše uvedená zjištění, kde podpovrchová vrstva vykazovala po ozáření uvolnění defektů, maximum hustoty dislokační smyčky bylo identifikováno v hloubce podle predikovaného maxima dpa (posun částic na atom) pro nižší dávku Au-iontů. Kromě toho TEM ukazuje, že struktura pásu hustoty dislokací se objevila ve vzorcích W-Cr-Hf vykazujících pásmo defektů s vysokou hustotou podle projektovaného rozsahu Au-iontů současně s další vrstvou s většími izolovanými dislokacemi vyjádřenými ve větší hloubce jako rostoucí funkce dávky Au-iontů. Takový jev nebyl u W vzorků pozorován.Item Enhancement of the wettability of graphite-based lithium-ion battery anodes by selective laser surface modification using low energy nanosecond pulses(Springer, 2022) Kleefoot, Max-Jonathan; Enderle, Sebastian; Sandherr, Jens; Bolsinger, Marius; Maischik, Thomas; Simon, Nadine; Martan, Jiří; Ruck, Simon; Knoblauch, Volker; Riegel, Haraldroces plnění elektrolytů v bateriových článcích je jedním z časově kritických překážek při výrobě článků. Zvláště důležité je zde smáčení, protože fungují pouze zcela smáčené části elektrod. Aby se tento proces urychlil a usnadnil, autoři této studie vyvinuli metodu, která významně zvyšuje smáčivost anod na bázi grafitu úpravou povrchu pomocí nízkoenergetických nanosekundových laserových pulzů. Mikrostruktura povrchu anody byla hodnocena pomocí interferometrie s bílým světlem a skenovací elektronové mikroskopie. Hodnocení smáčivosti bylo provedeno kapkovým testem a testem kapilárního vzestupu kapalného elektrolytu. Výsledky ukazují, že pro laserové energetické vstupy pod 2 J/m existuje převážně selektivní ablační proces, při kterém aktivní grafitový materiál zůstává nedotčen a pojivový materiál se rozkládá. Pozorovaný nárůst drsnosti povrchu koreluje s rostoucí smáčitelností. Vyšetřování pomocí Ramanovy spektroskopie ukázalo, že laserové zpracování vede k poškození krystalické struktury povrchu částic grafitu. Zpracování celé anody zahrnující 6% hmotnostních pojiva a vodivých sazí však ukázalo, že celkový amorfní obsah povrchu anod lze snížit o 32% zpracováním povrchu laserovou energií 1,29 J/m. Až do toho bodu, což je výsledný rozsah parametrů pro selektivní proces, je možné provádět ablaci amorfního pojiva a fáze sazí současně, a tím vystavovatgrafitové částice laseru při zachování jejich krystalické struktury. Při překročení tohoto rozsahu dominuje ablace celého anodového kompozitu a dochází k amorfizaci povrchu grafitu. Kapacita elektrody byla testována na polovičních článcích ve formátu knoflíkových článků. Pro celý zkoumaný rozsah laserových parametrů se kapacita anod shoduje se ztrátou hmotnosti způsobenou laserovou
