赤外線および熱検査

赤外線および熱検査は、受動サーモグラフィー検査技術を指し、米国非破壊検査協会（ASNT）によって指定された非破壊検査の一種です。 ^[1]赤外線サーモグラフィーは、表面温度を測定してマッピングする科学です。

「非破壊のリモートセンシング技術である赤外線サーモグラフィーは、コンクリートを検査する効果的で便利、かつ経済的な方法であることが証明されています。この技術は、橋の床、高速道路の舗装、ガレージの床、駐車場の舗装、建物の壁などのコンクリート構造物の内部の空隙、剥離、ひび割れを検出できます。検査技術として、その最も重要な特性は、(1) 正確であること、(2) 繰り返し可能であること、(3) 人々に迷惑をかけないこと、(4) 経済的であることです。」^[2]

熱エネルギーを伝達する方法は 3 つあります。

1. 伝導
2. 対流
3. 放射線

すべての物体は、物体の温度に応じた波長の電磁放射を放射します。放射の波長は温度に反比例します。熱力学によれば、放射されたエネルギーは温かい場所から冷たい場所へと流れ、エネルギー伝達率は熱伝達プロセスの効率とエネルギーが流れる物質の断熱効果に応じて変化します。原則として、対象となる物体または特徴は周囲とは異なる熱特性を持ちます。たとえば、埋設された金属パイプは周囲の土壌よりも熱を伝導しやすいため、パイプが運ぶ流体の温度が周囲の条件と異なる場合、掘削してパイプの位置を特定しなくても、熱画像センサーでパイプを視認できます。^[3]

建築材料の種類によって断熱性能は異なります。また、パイプラインの欠陥の種類によって断熱値が異なり、供給されるエネルギーの大きさも異なります。周囲のパイプには潜在的な不均一性（つまり、異なる種類の土壌）があるため、対象物を背景ノイズから区別することが困難な場合があります。^[3]

赤外線サーモグラフィスキャンシステムは、摂氏数百分の一度という小さな温度差に基づいて温度パターンを測定し、表示することができます。赤外線サーモグラフィテストは、環境条件と望ましい結果に応じて、昼夜を問わず実行できます。^[1]

赤外線サーモグラフィーでは、熱放射は赤外線イメージング装置(サーモグラフィー カメラまたは放射計とも呼ばれる) で検出され、測定されます。イメージング装置には、放射された放射を電気信号に変換し、カラーまたは白黒のコンピューター ディスプレイ モニターに表示する 赤外線検出器が含まれています。

熱データは処理された後、複数のグレースケールまたはカラーでモニターに表示できます。サーモグラムに表示される色は、分析されている赤外線データを最もよく示すためにサーモグラファーによって任意に設定されます。^[4]

一般的に入手可能な IR サーモグラフィ装置の典型的な用途は、電気機器内の「ホット スポット」を探すことです。これは、電気回路内の高抵抗領域を示します。これらの「ホット スポット」は通常、周囲温度より 40 ～ 150 °C (104 ～ 302 °F) 高い範囲で測定されます。

エンジニアが独自のシステムを使用して、地下貯蔵タンク(UST)、パイプライン、パイプラインの漏れとそのプルーム、隠れたトンネルなどの地下ターゲットの位置を特定する場合、それらの位置は通常、周囲温度より 0.01 °C ～ 1 °C 高いまたは低い範囲の温度パターンによって特定されます。

この屋根調査アプリケーションでは、晴れの日と雨の日の両方の日中に赤外線サーモグラフィ データを収集しました。このデータ収集時間では、日中の屋根の太陽熱と屋根システム内に閉じ込められた水が考慮されました。屋根が十分に温まって閉じ込められた湿った領域を検出できるようになるまで、IR データが観察されました。これは、閉じ込められた湿った領域が、乾燥した断熱領域よりも多くの熱を集めて蓄える能力があるためです。また、湿った領域は、乾燥した断熱屋根領域よりも速い速度で熱を伝達します。この時点で、湿った領域は、屋根の周囲の乾燥した背景領域よりも高い屋根表面温度として表示されました。

雨の日には、太陽光負荷が最小限であるため、乾燥した屋根部分に比べて温度が低いため、閉じ込められた漏水煙が明らかになります。

赤外線サーモグラフィー スキャン システムは表面温度のみを測定します。ただし、埋設パイプラインの上の地表で測定される表面温度は、地下の状態に大きく依存します。

良質な固体埋め戻し材は、エネルギー伝導に対する抵抗が最小で、対流ガス放射の影響は無視できる程度です。埋設パイプラインの周囲の土壌浸食や不十分な埋め戻し材に関連するさまざまな問題は、対流効果を大幅に増加させることなく、エネルギー伝導特性を低下させることで土壌の断熱能力を高めます。これは、デッドエアスペースが対流の形成を許さないためです。

エネルギーの流れを確保するには、エネルギー源が必要です。埋設パイプラインのテストは広い範囲に及ぶ可能性があるため、熱源は低コストで、パイプライン上部の地表に熱を均等に分散できるものでなければなりません。太陽はこれらの要件の両方を満たしています。地表は反応し、受け取ったエネルギーを蓄積または伝達します。

周囲の地表温度より高いまたは低い温度の流体を運ぶパイプライン(蒸気、油、液化ガス、化学物質など)の場合、代替手段として、地中の熱吸収能力を利用して、テスト対象のパイプラインから熱を引き出す方法があります。覚えておくべき重要な点は、エネルギーが地表と流体を流れている必要があるということです。

地表被覆は、温度差（つまり、背の高い草や表面のゴミなどの異常）がテスト領域の表面状態にどのような影響を与えるかを評価する必要があります。 3 つのエネルギー伝達方法のうち、放射は表面のエネルギー伝達能力に最も大きな影響を与える方法です。 材料のエネルギー放射能力は、材料の放射率によって測定されます。 これは、完全な黒体放射体と比較した材料のエネルギー放出能力として定義されます。 これは厳密には表面特性です。 通常、粗い表面では高い値、滑らかな表面では低い値で表されます。 たとえば、粗いコンクリートの放射率は 0.95 ですが、光沢のあるアルミホイルの放射率はわずか 0.05 です。 実際には、これは、テストを担当するエンジニアが、広い範囲の地表被覆を調べるときに、ほうきでざらざらした部分、タイヤのゴムの跡、油のしみ、表面の緩んだ砂や土、草地の高さなどによって生じる表面の質感の違いに注意する必要があることを意味します。

国際標準化機構（ISO）

• ISO 6781、断熱 - 建物外壁の熱的不規則性の定性的検出 - 赤外線法
• ISO 18434-1、機械の状態監視および診断 - サーモグラフィー - パート 1: 一般的な手順
• ISO 18436-7、機械の状態監視および診断 - 要員の資格および評価の要件 - パート7：サーモグラフィー