Oblast emise signálu: Definice a souvislosti

Tento článek se věnuje definicím a souvislostem mezi emisemi, elektromagnetickým rušením a různými druhy záření.

Elektromagnetické spektrum

Elektromagnetické spektrum (někdy zvané Maxwellova duha) zahrnuje elektromagnetické záření všech možných vlnových délek. Elektromagnetické záření o vlnové délce » (ve vakuu) má frekvenci f a jemu připisovaný foton má energii E.

Mají frekvence 0,3 - 3 MHz a běžně se používají k přenosu rozhlasového vysílání. Medium Wave (MW). Very High Frequency (VHF), o frekvencích 30 - 300 MHz. Ultra High Frequency (UHF), o frekvencích 0,3 - 3 GHz. extremely high frequency (EHF) (30-300 GHz).

Mikrovlny jsou absorbovány molekulami tekutin, jež mají dipólový moment, zvláště vody; toho se využívá k ohřívání v mikrovlnné troubě. Využívá záření vlnových délek charakteristických pro prvky.

Optická spektroskopie

Optická spektroskopie využívá záření kratší než mikrovlnné záření.

Čtěte také: Znečištění ovzduší: Evropské hotspoty

Části optické spektroskopie:

• Infračervená spektra (IR) ”EV »ð 100 000
• Elektronická spektra (UV-Vis) ”EE »ð 1000

Měření elektromagnetického záření

Elektromagnetické záření generované představitelem typu vozidla se měří metodou popsanou v příloze 4. Pokud se měří metodou popsanou v příloze 4 při vzdálenosti 10,0 ± 0,2 m mezi vozidlem a anténou, činí mezní hodnoty 32 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 30 do 75 MHz a 32 až 43 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 75 do 400 MHz; tato mezní hodnota se při logaritmické stupnici kmitočtu zvyšuje od kmitočtu 75 MHz, jak je znázorněno v dodatku 2.

Elektromagnetické záření generované představitelem typu vozidla se měří metodou popsanou v příloze 5. Jestliže se měří metodou popsanou v příloze 7, činí mezní hodnoty 62 až 52 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 30 do 75 MHz (tato mezní hodnota se při logaritmické stupnici kmitočtu snižuje od kmitočtu 30 MHz) a 52 až 63 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 75 do 400 MHz (tato mezní hodnota se při logaritmické stupnici kmitočtu zvyšuje od kmitočtu 75 MHz, jak je znázorněno v dodatku 6).

Jestliže se měří metodou popsanou v příloze 8, činí mezní hodnoty 52 až 42 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 30 do 75 MHz (tato mezní hodnota se při logaritmické stupnici kmitočtu snižuje od kmitočtu 30 MHz) a 42 až 53 dBμV/m v kmitočtovém pásmu od 75 do 400 MHz (tato mezní hodnota se při logaritmické stupnici kmitočtu zvyšuje od kmitočtu 75 MHz, jak je znázorněno v dodatku 7).

Emise harmonických a vysokofrekvenčního rušení

Emise harmonických na vedeních střídavého proudu generované představitelem typu vozidla se měří metodou popsanou v příloze 11. Relativní hodnoty sudých harmonických až do řádu 12 musí být nižší než 16/n %.

Čtěte také: Rozvoj venkova skrze zemědělství

Emise změn napětí, kolísání napětí a flikru na vedeních střídavého proudu generované představitelem typu vozidla se měří metodou popsanou v příloze 12.

Emise vysokofrekvenčních rušení generovaných představitelem typu vozidla, šířených vedením střídavého nebo stejnosměrného proudu, se měří metodou popsanou v příloze 13. Emise vysokofrekvenčních rušení generovaných představitelem typu vozidla na síti a telekomunikačním přístupu se měří metodou popsanou v příloze 14.

Monitorování radiační situace

Základním systémem, který umožňuje průběžné sledování radiační situace na území České republiky, je Síť včasného zjištění (SVZ), doplněná v okolí jaderných elektráren Dukovany a Temelín Teledozimetrickými systémy (TDS). Zařízení SVZ a TDS umožňují kontinuální měření PFDE na 169 místech na území ČR (z toho 51 míst patří do sítí TDS bezprostředně kolem jaderných elektráren a 47 míst v okolí jaderných elektráren).

Měřicí místa SVZ jsou vybavena detekční jednotkou, která je většinou umístěna na volném prostranství s přírodním povrchem, v dostatečné vzdálenosti od budov, stromů a podobných útvarů, které by mohly stíněním ovlivňovat kvalitu měření. Čidla (detektory) jsou umístěna na stojanu v úchytu tak, aby geometrický střed měřicího objemu detektoru byl ve výši 1 metru nad úrovní terénu.

Cílem měření je signalizace a zaregistrování významných odchylek sledované veličiny PFDE od hodnot způsobených především kosmickým zářením a přírodními radionuklidy*), tj. Dlouhodobě měřené hodnoty PFDE na území České republiky se pohybují mezi 0,1 až 0,2 μSv/hod.

Čtěte také: Výzkum v oblasti věd o živé přírodě a chemii

Integrální měření fotonových, resp. prostorových dávkových ekvivalentů (FDE/PDE), jsou dalšími měřeními určenými ke zjištění odchylek od dlouhodobého průměru jednoho ze základních parametrů pro hodnocení radiační situace, tj. příkonu fotonového, resp. prostorového dávkového ekvivalentu (PFDE/PPDE). PFDE/PPDE je stanovován na základě změření FDE/PDE a znalosti doby integrace.

Tato integrální měření jsou prováděna termoluminiscenčními dozimetry (TLD), resp. elektronickými dozimetry (ELD) - souhrnně integrálními dozimetry. Integrální dozimetry, jichž je celkem na území ČR cca 300 ks, jsou umístěny na vhodných místech v terénu nebo v budovách (cca 50 ks). Měřící místa s integrálními dozimetry tvoří teritoriální síť a lokální sítě.

Teritoriální síť pokrývá celé území ČR a je tvořena cca 200 měřícími místy.

Při leteckém monitorování se formou okamžitého, kontinuálně prováděného, měření stanovuje příkon fotonového dávkového ekvivalentu (PFDE), který se průběžně automaticky přepočítává na výšku 1m nad povrchem země. Tato měření se provádějí měřicími přístroji, které jsou umístěné na palubě vrtulníku.

Letecké monitorování je jednou z metod používaných zejména v případě radiační havárie jaderných zařízení k rychlému, orientačnímu zmapování radiační situace na celém zasaženém území a ke zpřesnění informací o zasaženém území (prvotní data jsou získávána výpočty za použití modelů šíření a reálných povětrnostních podmínek).

Spolu s hodnotou PFDE se automaticky zaznamenává i poloha měřeného místa na trase a čas měření. Dlouhodobě měřené hodnoty příkonu dávkového ekvivalentu zjištěné pozemním monitorováním se na území České republiky pohybují mezi 0,1 až 0,2 μSv/hod.

Pokud to povětrnostní podmínky dovolují, provádí se pozemní monitorování v případě radiační havárie, jako doplňkové měření k leteckému monitorování. Není-li možné letecké monitorování, je pozemní monitorování hlavním zdrojem informací o rozsahu a úrovni kontaminace území zasaženého radiační havárií.

Fotometrie: Měření světla

Fotometrie je oblast optiky popisující světlo a jeho účinky na lidské oko. Pomocí fotometrických veličin určuje vlastnosti světelných zdrojů a osvětlených ploch.

Zářivá energie (energie vyslaná, přenesená nebo přijatá formou záření) se šíří od zdroje - jakoby "teče" a proto celkovou velikost energie, která "vyteče" ze zdroje za jednotku času do všech směrů nazýváme zářivý tok a jeho jednotkou je watt (W).

Základní fotometrickou jednotkou (základní jednotkou soustavy SI) je 1 candela jakožto jednotka svítivosti; vyjadřuje svítivost bodového zdroje, který svítí všemi směry.

V praxi nás zajímá, jaká část celkové energie, dodané světelnému zdroji, bude přeměněna na užitečné, tj. poměrem světelného a zářivého toku. a její jednotkou je tím pádem lumen na watt [lm/W].

Světelné zdroje

Světlo, vydávané při hoření, bylo po dlouhá tisíciletím jediným dostupným umělým osvětlením. Nejdříve k osvětlení muselo postačit světlo vydávané ohněm, později se svítilo loučemi. Byly vynalezeny olejové lampy a voskové či později parafinové svíčky.

Žárovky jsou nejběžnější zdroje světelného záření. Jsou založené na principu přeměny energie elektrické na energii světelnou zahříváním tenkého, nejčastěji wolframového vodiče. Za vynálezce žárovky je považován Thomas Alva Edison, který v 19. Účinnost žárovky je velmi malá, řádově 10 lm/W, tzn.

Speciální druh žárovky s vyšší teplotou dosaženou u vlákna a tudíž vyzařuje záření s menší vlnovou délkou, než běžná žárovka, proto má vyšší účinnost, která je způsobena větším podílem viditelného světla. Dosahuje se u nich i delší životnosti přidáním halogenu.

Výbojka je většinou tvořena skleněná trubice obsahující nějaký zředěný plyn (či páry nějakého prvku), který je ionizován a probíhá v něm ustálený elektrický výboj. Druh plynu či plynové směsi určuje barvu výboje (např.: neon - červenooranžová, sodík - žlutá).

Zářivka je druh výbojky, ve které je použit argon a páry rtuti. Výboj vydává UV záření, které dopadá na luminofor, nanesený na stěnách zářivky, a ten následně emituje viditelné světlo, jehož spektrum je dáno složením luminoforu.

Detektory záření

Detektory záření zpracovávají dopadající energii vyzářenou zdrojem. Po absorpci energie dochází ke změně fyzikálních vlastností detektoru, např. uvolnění elektronů u fotoelektrických detektorů či změna teploty u tepelných detektorů optického záření.

• Nejstarším, a poměrně dosti citlivým detektorem optického záření, je lidské oko.
• Tepelné detektory využívají převodu energie optického záření na energii tepelnou. Detekují tedy zvýšení teploty některé svojí části (čidla). Tato změna byla způsobena dopadajícím optickým zářením. Tepelné detektory bývají neselektivní (viz níže), ale pouze v oblasti vlnových délek optického záření 0,2-50 mikrometrů. Nejpoužívanějšími tepelnými detektory bývají termistory, termočlánky a pyrometry.
• Fotoelektrické detektory využívají převodu energie optického záření na energii elektrickou. Jsou založeny na fotovodivostních změnách, fotodielektrickém jevu (změna permitivity zapříčiněná excitací atomů detektoru), nebo na vnitřním/ vnějším fotoelektrickém jevu. Fotoelektrické detektory patří do skupiny detektorů selektivních (viz níže). Nejčastěji se používají fotodioda.
• Fotochemické detektory využívají fotografické materiály pro detekci záření. Energie optického záření se zde spotřebuje pro iniciaci chemické reakce. Měrou absorbované energie je hustota vyvolaného fotografického snímku.

Absorpce světla

Absorpce světla je fyzikální jev, při němž dochází k zeslabování intenzity záření a jehož sledování patří mimo jiné i pod obor spektrofotometrie, která ho využívá pro stanovování vlastností vzorků.

Podmínkou pro průběh absorpce světla je vyšší počet valenčních elektronů na nižší energetické hladině. (K absorpci opačný proces se nazývá spontánní emise a ta naopak pro svůj průběh vyžaduje více elektronů na hladině vyšší).

Na světlo nazíráme jako na proud fotonů s určitou energií, která je při absorpci pohlcena jiným předmětem, například atomem, jehož valenční elektrony jsou zrovna v přechodu mezi dvěma úrovněmi energií a mohou tedy díky tomuto energetickému zisku přejít do vyššího stavu. Foton při tomto procesu zaniká, energie je pohlcena předmětem a následně může být přeměněna na energii tepelnou (tedy kinetickou energii částic), nebo být opět vyzářena (přeměna zpět ve světelnou energii se nazývá luminiscence).

V zásadě lze tedy říci, že při absorpci se mění světlo v jiný druh energie. Absorbce selektivní, při níž se nepohlcuje světlo celého spektra, ale jen určitá jeho část. Tento druh absorpce je nejtypičtější pro většinu látek, které se nám díky tomuto jevu jeví jako barevné. Je to způsobeno tím, že světlo absorpcí přichází o některé vlnové délky, nebo rovnou celé části svého původního spektra.

Co je to akustická emise

Jev akusticke emise: Akustickou emisi nazyvame jev, ke kteremu dochazi v materialu pri jeho namahani. Pokud pri namahani dochazi ke zmenam ve strukture materialu, uvolnuje se cast akumulovane energie. Tato energie se formou napetove vlny siri materialem a na povrchu se projevuje jako akusticke vlneni, ktere je mozne snimat pomoci snimacu pripevnenych na povrchu konstrukce.

Oblast, ve ktere dochazi ke zmenam v materialu, nazyvame emisni zdroj a jednotlive napetove pulsy emisni udalosti. Pricin vzniku emisniho zdroje muze byt vice. Nejcasteji se jedna o plasticke deformace materialu, fazove transformace, mechanicke treni v makrostrukture nebo mikrostrukture nebo o formovani a rozvoj trhlin. Charakter emisnich udalosti se meni podle priciny zdroje, a proto je mozne tuto pricinu urcit.

Mnozstvi energie, ktere se uvolni pri vzniku emisni udalosti, se muze lisit o vice nez deset radu a zalezi na pricine deje, druhu a strukture materialu a dalsich faktorech. Obecne plati, ze mnozstvi uvolnovane energie roste s pevnosti, rozmerem zrn, nehomogenitou atd.

Hlavni vyhodou akusticke emise je jeji schopnost rozpoznat lokalni nestability mnohem drive, nez se cely system stane nestabilnim. Predevsim proto je tato metoda vhodna pro nedestruktivni a bezdemontazni diagnostiku. Dalsi vyhodou je moznost provadet mereni i pri chodu zarizeni.

Prubeh signalu, ktery ziskame po zesileni ze snimace, je ovlivnen nekolika faktory. Napriklad pricinou udalosti, geometrii materialu, charakterem povrchu a frekvencni charakteristikou snimace a vedeni. Vysledny prubeh muze vypadat napriklad takto:

Na tomto prubehu muzeme urcit nekolik parametru. Nejdulezitejsim z nich je maximalni amplituda udalosti, dale pak pocet oscilaci (umerny dobe trvani) a doba nabehu do maximalni amplitudy.

Detekce trhlin

Jak jiz bylo receno, jednou z pricin vzniku emisniho zdroje je sireni trhliny. Pri sireni trhliny vznika u jejiho korene oblast zvyseneho napeti, kde po vycerpani deformacnich schopnosti materialu vznikaji mikrotrhliny. Tyto trhlinky se pozdeji spojuji a dochazi k poskokum trhliny. Cely tento proces je doprovazen bohatou emisni cinnosti. Cilem mereni je vcas detekovat a lokalizovat vznikajici trhlinu.

Z techto dvou problemu je lokalizace tim jednodussim. Pokud zanedbame problemy spojene s odrazy a rychlostni disperzi napetove vlny v nekterych materialech, muzeme rici, ze se signal siri v materialu primocare a konstantni rychlosti. Pokud zaznamename dostatecne presne okamziky zachyceni signalu na vice snimacich, muzeme vypocitat polohu zdroje.

Pokud je geometrie mereneho objektu linearni (napriklad potrubi), staci nam k lokalizaci snimace dva. Na dvojrozmernych objektech (desky, plaste nadob) potrebujeme snimace tri. V tomto pripade se nejcasteji pouziva rovnomerna trojuhelnikova sit snimacu, u ktere lze provest lokalizaci urcenim prvnich tri snimacu, ktere udalost zachytily, a casove prodlevy mezi temito zaznamy.

Podstatne slozitejsim problemem je urceni puvodu zdroje. Nejcastejsim puvodem zdroje muze byt treni, trhlina nebo ruseni z okoli. Toto rozhodovani usnadnuji podminky, za kterych se mereni provadi.

V souladu s normou ASME se testovani provadi behem odstavky (coz minimalizuje vnejsi ruseni) a se standardnim prubehem zatizeni. Zatizeni je nejprve zvyseno na 75% provozni hodnoty. Pote je snizeno na nulu a opet zvyseno az na provozni hodnotu. Po urcite prodleve pokracuje zvysovani az na 115% provozniho zatizeni. Na teto hodnote je zatizeni udrzovano po stanovenou dobu a pak je plynule snizeno na nulu.

Zakladni charakteristikou zdroje zpusobeneho porusovanim materialu je pritomnost Kaiserova jevu. Takto nazyvame jev, kdy je emisni zdroj aktivni pouze pri zvysovani zatizeni nad mez, ktere jiz bylo drive dosazeno. Takovyto zdroj tedy neemituje pri snizovani zatizeni, ani pri opetovnem zvysovani na provozni hodnotu.

Objekt a metoda zkoumani

Zadany system ma za ukol provadet detekci trhlin na plasti tlakove nadoby jaderneho reaktoru VVER 440 a VVER 1000, vyrabenem spolecnosti Skoda. Tato aplikace se ponekud lisi od jinych aplikaci akusticke emise u tlakovych nadob. Hlavnim rozdilem je tloustka steny, ktera dosahuje az 220 mm, a zpusobuje zmenu charakteristik napetoveho impulsu. Prave pro zkousky tlakovych nadob byla sestavena norma ASME. Jako stimulace je pouzito tlakovani kapalinou, rozmisteni a charakteristiky snimacu jsou predepsany.

Merici system (snimace, vedeni, prevodniky a vyhodnocovaci pocitac) vcetne software jiz byly pouzity a vyzkouseny. Nyni probiha modernizace software pro zpracovani mereni. Jeho nadstavbou by mel byt i expertni system.

Je potrebne si uvedomit, ze vysledkem mereni je seznam vsech zachycenych emisnich udalosti, ktery je zatizen jistym procentem chyb. Ten musi byt podroben dukladne analyze. Nejprve je nutno vypustit zjevne chybna mereni, jako napriklad udalosti, ktere byly zachyceny jen jednim, nebo dvema snimaci, nebo takove, ktere byly zachyceny ve stejny okamzik vsemi snimaci.

tags: #oblast #emise #signalu #definice

Oblíbené příspěvky:

• Dopady znečištění ovzduší
• Informace o zařízení Čeložnice
• Katedra Fyzické Geografie a Geoekologie
• Hornomoravský úval – klima
• Příklady a využití obnovitelných zdrojů