Оценка эффективности обнаружения инородных объектов в почве методом инфракрасной термографии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод обнаружения инородных объектов, таких как металлические и пластиковые емкости, банки, бутылки и т.п., в почвах сельскохозяйственного назначения, основанный на использовании инфракрасной термографии для мониторинга динамических температурных распределений на поверхности почвы. Показано, что изменение солнечной иррадиации в ходе суточного цикла приводит к динамическим температурным сигналам над скрытыми объектами, амплитуда которых зависит от мощности солнечного излучения, влажности почвы и контраста теплофизических свойств между материалом объекта и почвой. Экспериментально исследовано влияние факторов окружающей среды на эффективность обнаружения скрытых объектов по их поверхностным температурным отметкам. Эксперименты проводили на имитаторах промышленных отходов в виде банок из алюминия и полиэтилентерефталата, размещенных на различных глубинах в песке с различной влажностью. Применение алгоритма так называемого восстановления теплового псевдопотока для обработки исходных термограмм позволило улучшить выявляемость подповерхностных объектов за счет снижения влияния диффузии тепла в поперечных направлениях. Предложенный метод эффективен и безвреден для людей и окружающей среды.

Об авторах

Хао Янг

Хунаньский институт инжиниринга конструкций

Email: xianglongliu@163.net
Китай, 418000, Хунань, Ксиангтан

Ян Ян

Хунаньский институт инжиниринга конструкций

Email: xianglongliu@163.net
Китай, 418000, Хунань, Ксиангтан

Ксианлонг Лиу

Хунаньский институт инжиниринга конструкций

Email: xianglongliu@163.net
Китай, 418000, Хунань, Ксиангтан

Хонжин Ванг

Университет Хунаня

Email: hongjinwang2017@outlook.com

Колледж электрического и информационного инжиниринга

Китай, 410082, Чангша

Ююн Хоу

Компания Минг Янг «Умная энергия»

Email: xianglongliu@163.net
Китай, 528400, Гуандонг, Жогшан

В. П. Вавилов

Томский политехнический университет

Автор, ответственный за переписку.
Email: vavilov@tpu.ru

Институт неразрушающего контроля

Россия, 634028, Томск, ул. Савиных, 7

Список литературы

  1. Li C., Hu X., Zhong C., Zeng, Shen H. Solid waste detection in cities using remote sensing imagery based on a location-guided key point network with multiple enhancements // IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2023. V. 16. P. 191—201.
  2. Nishar A., Richards S., Breen D., Robertson J., Breen B. Thermal infrared imaging of geothermal environments and by an unmanned aerial vehicle (UAV): A case study of the Wairakei — Tauhara geothermal field, Taupo, New Zealand // Renewable Energy. 2016. V. 86. P. 1256—1264. doi: 10.1139/juvs-2015-0030
  3. ElMasry G., ElGamal R., Mandour N., Gou P., Al-Rejaie S., Etienne B., Rousseau D. Emerging thermal imaging techniques for seed quality evaluation: Principles and applications // Food Research International. 2020. V. 131. P. 109025. doi: 10.1016/j.foodres.2020.109025
  4. Kalogirou S.A, Florides G.A. Measurements of ground temperature at various depths / Proc. 3rd International Conference on Sustainable Energy Technologies. 2004. Nottingham, U.K. P. 1—6.
  5. Jinmin Dai, Zijun Wang. Infrared thermography non-destructive testing technology and its applications // Techniques of Automation and Applications. 2007. V. 26 (1). P. 10—16.
  6. Deans J., Schmithals G., Carter L.J. An analysis of a thermal imaging method for landmine detection using microwave heating // J. Appl. Geophys. 2001. V. 47 (2). P. 123—133. doi: 10.1016/S0926-9851(01)00052-0
  7. Yali Wang. The invention relates to an imaging performance deduction method for infrared detection // China Science and Technology Information. 2024. No. 6. P. 121—124.
  8. Pracht M., Świderski W. Analysis of the possibility of non-destructive testing to detect defects in multi-layered composites reinforced fibers by optical IR thermography // Composite Structures. 2019. V. 213. P. 204—208.
  9. Mix P.E. Introduction to nondestructive testing: a training guide. John Wiley & Sons. June 2005.
  10. Loganathan T.M., Sultan M.T.H, Muhammad Amir S.M., Jamil J., Yusof M.R., Md Shakh A.U. Infrared thermographic and ultrasonic inspection of randomly-oriented short-natural fiber-reinforced polymeric composites // Frontiers in Materials. 2021. No. 7. P. 604459.
  11. Hongjin Wang, Sheng-Jen Hsieh, Xunfei Zhou, Bo Peng. Restored pseudo heat flux (RPHF) algorithm for carbon fibre composite defect detection using thermography under uneven heating // Quantit. InfraRed Thermogr. J. Dec. 2017. V. 15 (4). P. 1—15. doi: 10.1080/17686733.2017.1417807
  12. Wang H., Wang N., He Z., He Y. Phase-locked restored pseudo heat flux thermography for detecting delamination inside carbon fiber reinforced composites // IEEE Trans. Ind. Informat. May 2018. V. 15. No. 5. P. 2938—2946.
  13. He Z., Wang H., Li Y., Zhang Z., Zhang Y., Bi H., He Y. A deconvolutional reconstruction method based on Lucy–Richardson algorithm for joint scanning laser thermography // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2020. V. 70. P. 1—8.
  14. Hongjin Wang, Yuejun Hou, Yunze He, Can Wen. A Physical-constrained decomposition method of infrared thermography: Pseudo restored heat flux approach based on Ensemble Bayesian Variance Tensor Fraction // In IEEE Transactions on Industrial Informatics. March 2024. V. 20. No. 3. P. 3413—3424. doi: 10.1109/TII.2023.3293863
  15. Yunze He, Xinying Mu, Jiarong Wu, Yue Ma, Ruizhen Yang, Hong Zhang, Pan Wang, Hongjin Wang, Yaonan Wang. Intelligent detection algorithm based on 2D/3D-UNet for internal defects of carbon fiber composites // Nondestructive Testing and Evaluation. 2024. V. 39 (4). P. 923—938. doi: 10.1080/10589759.2023.2234548
  16. Hongjin Wang, Hsieh S.J. Solving the inverse heat conduction problem in using long square pulse thermography to estimate coating thickness by using svr models based on restored pseudo heat flux (rphf) in-plane profile // J. Nondestr. Eval. 2018. V. 37 (4).
  17. Strąg M., Świderski W. Non-destructive inspection of military-designated composite materials with the use of Terahertz imaging // Composite Structures. 2023. V. 306. P. 116588.
  18. Nüßler D., Jonuscheit J. Terahertz based non-destructive testing (NDT). Making the invisible visible // tm-Technisches Messen. 2021. V. 88 (4). P. 199—210. DOI: https://doi.org/10.1515/teme-2019-0100
  19. Vavilov V.P., Burleigh D.D., Demin V.G. Advanced modeling of thermal NDT problems: from buried landmines to defects in composites / Proc. SPIE “Thermosense XXIV”. V. 4710. P. 507—521.
  20. Vavilov V.P., Burleigh D. Infrared Thermography and Thermal Nondesrtuctive Testing. Switzerland: Springer Nature, 2020. 595 p.
  21. Florides G., Kalogirou S. Annual ground temperature measurements at various depths, Environm. Science. Physics. 2005. https://api.semanticscholar.org/CorpusID:92914544
  22. Pręgowski P., Świderski W., Walczak R.T., Lamorski K. Buried mine and soil temperature prediction by numerical mode / Proc. SPIE. Aug. 2000. V. 4038. P. 1—6. doi: 10.1117/12.396227
  23. Yan Duan, Hua Jin, Qiang Zhen. Testing study on moisture content effect on thermal conductivity for clay and sand // Yellow river. 2016. V. 38 (02). P. 114—120 (in Chinese).
  24. Guozeng Liu, Weicheng Gao, Wei Liu, Xionghui Zou, Jiangxun Xu, Tao Liu. Debonds and water-filled defects detection in honeycomb sandwich composites based on pulse infrared thermography NDT technique // Rus. J. Nondestr. Test. 2023. V. 59. P. 583—591. doi: 10.1134/s1061830923600089
  25. Zorin A.E., Krasnenkov V.I. Diagnostic Microlab-Z2 complex for nondestructive evaluation of structural and deformation parameters of metal constructions // Rus. J. Nondestr. Test. 2024. V. 60. P. 75—84. doi: 10.1134/S1061830923601447.
  26. Rongxin Sun, Cong Liu, Wei Li, Feng Yang, Peng Jiang. Characterization of crack damages in composite materials by using frequency- and time-domain analysis // Rus. J. Nondestr. Test. 2024. V. 60. P. 22—34. https://doi.org/10.1134/s1061830923600582

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2024