THERMAL AND INFRARED EXAMINATION (IR)
การตรวจสอบด้วยอินฟราเรดและความร้อน
คำสำคัญของวิธีการตรวจสอบนี้ คือ Thermal signature and anormalize กล่าวคือ สรรพสิ่งหรือวัตถุทุกชนิดภายใต้สภาวะการใช้งานปกติเหนือศูนย์องศาเคลวิน วัตถุสามารถเปล่งรังสีความร้อน (infrared) อย่างต่อเนื่อง ความร้อนไหลจากสูงสู่ต่ำและแลกเปลี่ยนกับสภาพแวดล้อมกระทั่งเข้าสู่สมดุล ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นอาจอยู่ในรูปดูดความร้อน (endothermic) หรือคายความร้อนให้กับสภาพแวดล้อม (exothermic) ซึ่งเกิดขึ้นได้ช้าหรือเร็วนั้นขึ้นอยู่กับค่าความจุความร้อน (heat capacity) ของวัสดุ ดังนั้น ผู้ตรวจสอบด้วยวิธีนี้จำเป็นต้องเข้าใจศาสตร์ทางความร้อนและการถ่ายเทความร้อนเป็นพื้นฐานสำคัญ อย่างไรก็ตาม ช่างเทคนิคที่ใช้วิธีการตรวจสอบนี้เป็นกิจวัตร ย่อมสังเกตเห็นความผิดปกติแสดงออกมาเป็นสัญฐานทางความร้อนบนกล้องอินฟราเรด ตัวอย่างเช่น การเฝ้าติดตามเตาอุณหภูมิสูง หากวัสดุบุผนังเตาสูญเสียความเป็นฉนวนย่อมปรากฏสัณฐานอุณหภูมิสูงกว่าปกติในภาพถ่ายอินฟราเรด หรือการตรวจสอบวาล์วดักไอน้ำร้อน (steam trap) ในสภาวะใช้งานปกติอุณหภูมิด้านเข้าย่อมมีอุณหภูมิสูงกว่าด้านออก ความผิดปกติอาจเกิดในลักษณะลิ้นวาล์วเปิดค้างตลอดเวลา หรือปิดตายตลอดเวลา ผู้ตรวจสอบถ่ายภาพไว้เป็นประจำย่อมบ่งชี้ถึงความผิดปกติได้อย่างถูกต้อง
กล้องอินฟราเรดในปัจจุบันถูกพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปใช้ความยาวคลื่นระหว่าง 3 – 5 และ 8 – 14 ไมโครเมตร เหตุที่ไม่ใช้ความยาวคลื่นในช่วง 5.5 – 7.5 ไมโครเมตร เนื่องจากความชื้น โอโซน และคาร์บอนไดออกไซด์สามารถดูดซับรังสีความร้อนก่อนเข้าสู่กล้องได้ ตัวรับรังสีความร้อนภายในตัวกล้องคือ Focal Plane Array, FPA ทำหน้าที่เปลี่ยนความร้อนเป็นสัณญาณไฟฟ้า ถูกหล่อเย็นด้วยอากาศหรือไนโตรเจนเหลว ส่งสัญญาณให้แสดงผลเป็นเฉดสีแบบต่างๆ หากต้องการถ่ายภาพระยะไกล (ตรวจสอบอุปกรณ์ระบบสายส่งไฟฟ้า) ต้องพิจารณาค่าสัดส่วนระยะทางต่อภาพเป้าหมาย (distance-to-spot ratio, D:S) หรือภาพเป้าหมายต้องโตกว่า Instantaneous Field of View, IFOV ซึ่งคำนวณจากระยะทางและมิลลิเรเดียลของกล้อง นอกจากนี้ การถ่ายภาพวัสดุอลูมินัมและทองแดงที่มีค่าปลดปล่อยความร้อน (emissivity) ต่ำ ต้องรอบคอบในการตั้งค่า E และอุณหภูมิแวดล้อม อาจเป็นเหตุนำไปสู่ความผิดพลาดในรูปค่าความร้อนเชิงปริมาณ (quantitative) ได้ ซึ่งต้องวิเคราะห์ภาพในเชิงคุณภาพ (qualitative) ประกอบการตัดสินใจ กล้องแต่ละยี่ห้อหรือรุ่นมีคุณลักษณะเฉพาะแตกต่างกัน เช่น ช่วงอุณหภูมิ ความแม่นยำ ความละเอียด ระยะใช้งาน การปรับตั้งค่า E และการแสดงผล กล้องคุณภาพสูงมักมีระบบสอบเทียบในตัวและแยกอุณหภูมิแวดล้อม (ambient, background, reflect temperature) ออกจากอุณหภูมิที่เปล่งออกจากชิ้นงาน ข้อควรระวังสำคัญสำหรับการใช้กล้องอินฟราเรดกลุ่มระบายความร้อนด้วยอากาศ คือ ไม่ควรถ่ายภาพนิ่งที่อุณหภูมิสูงเป็นเวลานาน (แช่ภาพ) อาจทำให้ FPA เข้าสู่จุดอิ่มตัวและเสียหายได้ สำหรับกล้องที่ความยาวคลื่นและแบนด์วิดพิเศษแตกต่างจากกล้องทั่วไป สามารถถ่ายภาพผ่านกระจกใสหรือฟิล์มพลาสติคใสหรือตรวจวัดแก๊สบางชนิดได้ หากต้องการใช้กล้องเกรดทั่วไปถ่ายภาพอุณหภูมิสูง จำเป็นต้องใช้ Infrared window ประกอบเข้ากับเลนหน้ากล้อง มาตรฐานการวัดค่าและชดเชยค่าปลดปล่อยความร้อน (emissivity) และการตรวจสอบอุปกรณ์ทางกลและไฟฟ้า แสดงรายละเอียดใน ASTM E1933 และ E1934 ตามลำดับ
เทคนิคการตรวจสอบนี้ถูกแบ่งเป็น Passive และ Active เทคนิคแรกอาศัยการวิเคราะห์การถ่ายความร้อนในชิ้นงานโดยไม่จำเป็นต้องกระตุ้นจากภายนอก การนำ การพา รังสีความร้อน วัสดุเย็นหรือร้อนช้าหรือเร็ว การก่อเกิดความร้อนจากอัตราการไหล การเสียดสี หรือแม้กระทั่งปริมาณกระแสและความต้านทานในสายตัวนำไฟฟ้า ปัจจัยเหล่านี้จำเป็นต้องทำความเข้าใจอย่างลึกซึ้ง ตัวอย่างเช่น การส่องกล้องอินฟราเรดเพื่อประเมินความสมบูรณ์ของฉนวนหุ้มท่อเย็น (ระบบผลิตน้ำมันหล่อลื่น) หากตรวจสอบด้วยตาเปล่าไม่สามารถเห็นความเย็นที่เล็ดลอดออกสู่เปลือกฉนวนได้ จนกระทั่งเกิดการกลั่นตัวเป็นหยดน้ำ (condensation) แต่กล้องอินฟราเรดสามารถบ่งชี้ตำแหน่งที่ฉนวนสูญเสียความต้านทานความร้อนได้ แม้ว่าเกิดผลต่างของอุณหภูมิเพียงเล็กน้อย อีกตัวอย่างหนึ่ง คือ การตรวจสอบรอยรั่วซึมของหลังคา วัสดุหลังคาที่ถูกดูดซับน้ำไว้หรือวัสดุนั้นเปียกน้ำ ในเวลากลางวันมีแสงแดด น้ำสามารถเก็บความร้อนได้สูงกว่าวัสดุอื่นๆ เมื่อสิ้นแสงอาทิตย์แล้วประมาณสองชั่วโมง วัสดุเปียกน้ำย่อมกักเก็บความร้อนไว้มากและเย็นตัวช้ากว่าบริเวณอื่นๆ ส่วนเทคนิค Active อาศัยการกระตุ้นชิ้นงานด้วยวิธีต่างๆ ให้เกิดการถ่ายเทความร้อนเพียงชั่วขณะ (transient heat flow) หรือเกิดผลต่างของอุณหภูมิ (temperature change) บริเวณชิ้นงานที่มีความไม่ต่อเนื่องหรือมีรอยบกพร่อง ส่งผลให้การถ่ายเทความร้อนแตกต่างจากบริเวณปกติ วิธีนี้ให้ตั้งกล้องถ่ายภาพ ณ เวลาต่างๆ ห่างเท่าๆ กัน เมื่อพล๊อตกราฟล๊อกการิทึมของเวลาเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ความผิดปกติสามารถปรากฏมาให้เห็น สำหรับรายละเอียดมาตรฐานการตรวจสอบวัสดุพอลิเมอร์คอมโพสิทของอุตสาหกรรมการบิน ด้วยเทคนิค Infrared flash thermography แสดงในมาตรฐาน ASTM E2582
