{"id":112950,"date":"2012-04-07T00:00:00","date_gmt":"2012-04-07T00:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/sin-categoria\/thermal-and-optical-characterization-of-heterogeneous-materials-by-infrared-lock-in-thermography\/"},"modified":"2012-04-07T00:00:00","modified_gmt":"2012-04-07T00:00:00","slug":"thermal-and-optical-characterization-of-heterogeneous-materials-by-infrared-lock-in-thermography","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/propiedades-termicas-de-los-solidos\/thermal-and-optical-characterization-of-heterogeneous-materials-by-infrared-lock-in-thermography\/","title":{"rendered":"Thermal and optical characterization of heterogeneous materials by infrared lock-in thermography"},"content":{"rendered":"

Tesis doctoral de Raquel Fuente Dacal <\/strong><\/h2>\n

Esta tesis recoge el trabajo desarrollado de caracterizaci\u00f3n tanto t\u00e9rmica como \u00f3pticade materiales heterog\u00e9neos mediante termograf\u00eda infrarroja lock-in.La termograf\u00eda infrarroja lock-in o modulada es una t\u00e9cnica sin contacto quepermite, tras una previa excitaci\u00f3n de la muestra de estudio, obtener las propiedadestanto t\u00e9rmicas como \u00f3pticas de la muestra y los defectos subsuperficiales que pudierapresentar, solamente con la imagen t\u00e9rmica de la temperatura superficial de lamuestra.Perteneciente a la familia de las conocidas como t\u00e9cnicas fotot\u00e9rmicas, sufundamento se basa en el efecto fotot\u00e9rmico, que consiste en que un material absorbeun haz de luz de intensidad variable, y en consecuencia, se generara una ondat\u00e9rmica, que se propaga tanto por el material como por sus alrededores produciendodiversos efectos. Como la propagaci\u00f3n depende de las propiedades y estructurainterna del material, la detecci\u00f3n de los efectos producidos por la onda t\u00e9rmicarevelar\u00e1 dicha informaci\u00f3n.Esta t\u00e9cnica comenz\u00f3 su andadura como radiometr\u00eda fotot\u00e9rmica (ptr), donde undetector infrarrojo monol\u00edtico recoge la lectura de la oscilaci\u00f3n de temperatura sobreun peque\u00f1o \u00e1rea de la superficie. En caso de ser necesario un mapa de la temperaturasuperficial de la muestra, hay que realizar un escaneo de la superficie punto porpunto, lo que se traduce en que \u00e9sta t\u00e9cnica requiere largos tiempos de medida, y portanto queda relegada a los casos estrictamente necesarios. Cuando m\u00e1s adelante sedesarrollaron las c\u00e1maras de v\u00eddeo infrarrojas de alta frecuencia y resoluci\u00f3nespacial, la termograf\u00eda infrarroja resurgi\u00f3 como herramienta para la r\u00e1pidacaracterizaci\u00f3n de materiales.Desde entonces, la termograf\u00eda infrarroja ha sido ampliamente utilizada para medirpropiedades t\u00e9rmicas de muestras con superficies planas y paralelas, en concretodifusividad t\u00e9rmica. El m\u00e9todo tradicional de medida de difusividad en este tipo demateriales es el llamado \u00c2\u00bfm\u00e9todo de las fase\u00c2\u00bf, que contempla dos opciones enfunci\u00f3n del tipo de iluminaci\u00f3n modulada que se emplee.Por una parte, se pueden caracterizar muestras de espesor conocido medianteiluminaci\u00f3n plana. En este caso, el campo de temperatura en la superficie noiluminada se mide en funci\u00f3n de la frecuencia de modulaci\u00f3n, y tanto la fase como ellogaritmo neperiano de la amplitud de la temperatura oscilante se representan enfunci\u00f3n de la ra\u00edz de la frecuencia, mostrando ambas un comportamiento lineal decuyas pendientes se puede extraer el valor de la difusividad perpendicular de lamuestra.Por otra parte, tambi\u00e9n se puede utilizar iluminaci\u00f3n focalizada, donde lo que serecoge es un mapa de la temperatura superficial de la muestra a una frecuencia demodulaci\u00f3n fija. Esta vez, las representaciones de amplitud y fase en funci\u00f3n de ladistancia al punto de excitaci\u00f3n tambi\u00e9n son lineales y permiten extraer de suspendientes el valor de la difusividad t\u00e9rmica paralela del material.El reciente inter\u00e9s por la caracterizaci\u00f3n de propiedades t\u00e9rmicas de muestras deaplicaci\u00f3n industrial ha conducido al estudio de muestras con geometr\u00edas m\u00e1scomplejas, como varillas, cilindros, esferas, filamentos o l\u00e1minas delgadas.En los dos \u00faltimos casos, se ha observado una sobreestimaci\u00f3n de los valores dedifusividad obtenidos al aplicar el m\u00e9todo de las pendientes en muestras delgadas yde baja difusividad. En consecuencia, esta tesis se fija como primer objetivo elesclarecimiento de las causas de la sobreestimaci\u00f3n, y el desarrollo de un modelote\u00f3rico y un sistema experimental que permita la medida correcta de la difusividad eneste tipo de muestras.As\u00ed pues, la investigaci\u00f3n en este aspecto ha resultado en el desarrollo de un modelote\u00f3rico que incluye p\u00e9rdidas de calor por los tres mecanismos: radiaci\u00f3n, convecci\u00f3ny conducci\u00f3n al gas. La contribuci\u00f3n de las p\u00e9rdidas de calor por conducci\u00f3n al gas,tradicionalmente despreciada por la baja conductividad del aire, ha sido identificadacomo el mecanismo responsable de la p\u00e9rdida de linealidad de las esperadas rectasrepresentaciones de la amplitud y fase de la temperatura superficial, conduciendo auna sobreestimaci\u00f3n en el valor obtenido de la difusividad al aplicar el m\u00e9todo de laspendientes.Para solventar el problema, se ha propuesto realizar las medidas experimentales enun ambiente de vac\u00edo de al menos 10-3 mbar, necesario para evitar el efecto de lasp\u00e9rdidas por conducci\u00f3n al gas y poder aplicar el m\u00e9todo de las pendientes. Juntocon la conducci\u00f3n al gas, el vac\u00edo tambi\u00e9n elimina la convecci\u00f3n, pero no as\u00ed laradiaci\u00f3n, que persiste. Sin embargo, el m\u00e9todo de las pendientes es capaz decancelar el efecto de las p\u00e9rdidas por radiaci\u00f3n mediante el producto de laspendientes de las representaciones de amplitud y fase, dando lugar, por tanto, a laobtenci\u00f3n de valores correctos de difusividad.Experimentalmente, se han realizado medidas en un amplio espectro de muestras defilamentos y l\u00e1minas, tanto is\u00f3tropas como anis\u00f3tropas, permitiendo caracterizarmateriales con difusividades entre 0.10 y 300 mm2\/s de muestras tan delgadas como7 \u00c2\u00bfm.Adem\u00e1s de esto, algunas t\u00e9cnicas fotot\u00e9rmicas han probado su val\u00eda para medircorrectamente el coeficiente de absorci\u00f3n \u00f3ptica de gases, l\u00edquidos y s\u00f3lidos,rivalizando con t\u00e9cnicas \u00f3pticas en los casos extremos de materiales poco o muyabsorbentes. El segundo objetivo de esta tesis consiste, entonces, en realizar unestudio sistem\u00e1tico de la t\u00e9cnica ptr modulada plana para obtener simult\u00e1neamentey correctamente ambas, diffusividad en profundidad y coeficiente de absorci\u00f3n\u00f3ptica, de muestras semitransparentes homog\u00e9neas, desde un punto de vista tantote\u00f3rico como experimental, estableciendo las condiciones y l\u00edmites para la aplicaci\u00f3nde la t\u00e9cnica.As\u00ed, se ha estudiado un modelo te\u00f3rico completo, considerando el efecto de lasmultiples reflexiones del haz excitador y la transparencia de las muestras a laradiaci\u00f3n infrarroja. Se ha seleccionado el m\u00e9todo de autonormalizaci\u00f3n parasuprimir la dependencia del sistema electr\u00f3nico con la frecuencia, y se han realizadomedidas simult\u00e1neas de difusividad (d) y coeficiente de absorci\u00f3n \u00f3ptica (\u00c2\u00bf) paramuestras en el rango 0.8 < \u00c2\u00bf\u00c2\u00bf < 10, que corresponde a determinar coeficientes detransmisi\u00f3n \u00f3ptica de 0.5 a 4\u00c2\u00b710-5. Adem\u00e1s, se ha medido un amplio n\u00famero defiltros coloreados de diferentes espesores, obteniendo resultados precisos dedifusividades y coeficientes de absorci\u00f3n \u00f3ptica comprobados mediante m\u00e9todos\u00f3pticos.Por \u00faltimo, se han considerado muestras multicapa. Tras los trabajos iniciales demandelis y colaboradores, la t\u00e9cnica prt modulada ha sido empleada para lareconstrucci\u00f3n del perfil de conductividad en profundidad de muestras heterog\u00e9neascomo aceros endurecidos, materiales funcionalmente graduados y resinas dentales.Adem\u00e1s, se han publicado en los \u00faltimos a\u00f1os dos trabajos de investigaci\u00f3n relativosa la aplicaci\u00f3n del ptr modulado a la reconstrucci\u00f3n simult\u00e1nea de coeficiente deabsorci\u00f3n y difusividad variables en profundidad en muestras heterog\u00e9neassemitransparentes.En esta tesis, se estudia la posibilidad de obtener con ptr modulado ambas \u00c2\u00bf y dsimult\u00e1neamente en materiales multicapa semitransparentes mediante el m\u00e9todo delos cuadrupolos t\u00e9rmicos. Este m\u00e9todo hab\u00eda sido aplicado en el marco de laconducci\u00f3n al c\u00e1lculo de la temperatura superficial de materiales opacos multicapa yal c\u00e1lculo de la combinaci\u00f3n de radiaci\u00f3n y conducci\u00f3n en materiales gruesossemitransparentes.As\u00ed pues, aqu\u00ed el m\u00e9todo de los cuadrupolos t\u00e9rmicos se ha extendido a lasmuestras semitransparentes multicapa, proporcionando un m\u00e9todo compacto para elc\u00e1lculo de la temperatura superficial. Adem\u00e1s, se ha evaluado el efecto de las capasde pintura depositadas en ocasiones sobre ciertas muestras para aumentar tanto suabsorci\u00f3n como emisi\u00f3n infrarroja, cuantificando el error cometido al determinar ladifusividad del material. Asimismo, se han caracterizado las resistencias t\u00e9rmicasentre capas para apilamientos de filtros.La investigaci\u00f3n realizada a lo largo de esta tesis contin\u00faa ahora con el desarrollo dem\u00e9todos inversos de reconstrucci\u00f3n de perfiles de variaci\u00f3n continua en profundidadde d(z) y \u00c2\u00bf(z) en materiales multicapa semitransparentes, como los materialesfuncionalmente graduados o las resinas dentales.Igualmente, se encuentran ahora en estudio las propiedades t\u00e9rmicas, difusividad yconductividad, de microhilos magn\u00e9ticos compuestos por un n\u00facleo met\u00e1lico y unrecubrimiento de vidrio, resultando di\u00e1metros de entre 10 y 30 \u00c2\u00bfm.\n\n\n\n \n\n\n

Datos acad\u00e9micos de la tesis doctoral \u00abThermal and optical characterization of heterogeneous materials by infrared lock-in thermography<\/strong>\u00ab<\/h3>\n
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  • T\u00edtulo de la tesis:<\/strong>\u00a0 Thermal and optical characterization of heterogeneous materials by infrared lock-in thermography <\/li>\n
  • Autor:<\/strong>\u00a0 Raquel Fuente Dacal <\/li>\n
  • Universidad:<\/strong>\u00a0 Pa\u00eds vasco\/euskal herriko unibertsitatea<\/li>\n
  • Fecha de lectura de la tesis:<\/strong>\u00a0 04\/07\/2012<\/li>\n<\/ul>\n

     <\/p>\n

    Direcci\u00f3n y tribunal<\/h3>\n
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    • Director de la tesis<\/strong>\n
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      • Mar\u00eda Aranzazu Mendioroz Astigarraga<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n
      • Tribunal<\/strong>\n
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        • Presidente del tribunal: angel Lopez echarri <\/li>\n
        • Juan Jos\u00e9 Alvarado — (vocal)<\/li>\n
        • Mar\u00eda del pilar Miranzo l\u00f3pez (vocal)<\/li>\n
        • jean-christophe Batsale — (vocal)<\/li>\n<\/ul>\n<\/li>\n<\/ul>\n

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          Tesis doctoral de Raquel Fuente Dacal Esta tesis recoge el trabajo desarrollado de caracterizaci\u00f3n tanto t\u00e9rmica como \u00f3pticade materiales heterog\u00e9neos […]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"site-sidebar-layout":"default","site-content-layout":"","ast-site-content-layout":"","site-content-style":"default","site-sidebar-style":"default","ast-global-header-display":"","ast-banner-title-visibility":"","ast-main-header-display":"","ast-hfb-above-header-display":"","ast-hfb-below-header-display":"","ast-hfb-mobile-header-display":"","site-post-title":"","ast-breadcrumbs-content":"","ast-featured-img":"","footer-sml-layout":"","theme-transparent-header-meta":"","adv-header-id-meta":"","stick-header-meta":"","header-above-stick-meta":"","header-main-stick-meta":"","header-below-stick-meta":"","astra-migrate-meta-layouts":"default","ast-page-background-enabled":"default","ast-page-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-4)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"ast-content-background-meta":{"desktop":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"tablet":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""},"mobile":{"background-color":"var(--ast-global-color-5)","background-image":"","background-repeat":"repeat","background-position":"center center","background-size":"auto","background-attachment":"scroll","background-type":"","background-media":"","overlay-type":"","overlay-color":"","overlay-gradient":""}},"footnotes":""},"categories":[12909,1790,28695],"tags":[13075,224509,224507,224506,224508,224505],"class_list":["post-112950","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-pais-vasco-euskal-herriko-unibertsitatea","category-propiedades-termicas-de-los-solidos","category-tecnicas-de-medidas-termicas","tag-angel-lopez-echarri","tag-jean-christophe-batsale","tag-juan-jose-alvarado","tag-maria-aranzazu-mendioroz-astigarraga","tag-maria-del-pilar-miranzo-lopez","tag-raquel-fuente-dacal"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/112950","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=112950"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/112950\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=112950"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=112950"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.deberes.net\/tesis\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=112950"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}