Impiego della Termografia ad Infrarossi e di tecniche di processamento del segnale termografico di tipo Lock-In per l’analisi dello stato tensionale e dell’integrità strutturale in materiali e strutture in composito a matrice polimerica.

La presente ricerca si propone di investigare la possibilità di correlare il segnale termografico, misurato mediante termocamere ad infrarossi (IR), con lo stato tensionale e l’integrità strutturale di materiali e strutture in composito a matrice polimerica. In particolare il lavoro propone l’implementazione a basso costo di tecniche di acquisizione e di trattamento del segnale termografico adeguate sia per analisi di tipo TSA (Thermoelastic Stress Analysis) che di tipo NDT. Un aspetto comune relativo alla determinazione del segnale termoelastico nella TSA, e del segnale termografico nelle tecniche di IR NDT (quali la Lock-In Thermography (LIT) o la Pulsed Phase Thermography (PPT)), riguarda l’analisi nel dominio delle frequenze del segnale termografico campionato nel tempo. Tale analisi può utilizzare in particolare un trattamento del segnale noto come correlazione Lock-In. Attualmente l’implementazione di tale tecnica di trattamento del segnale nei sistemi sviluppati commercialmente o proposti nella letteratura rende tali sistemi o eccessivamente costosi e chiusi (es. nel caso della TSA), o eccessivamente semplici e limitati (es. nel caso della LIT). Il presente lavoro, sfruttando una congrua esperienza preliminare degli autori nell’implementazione di algoritmi di Lock-In mediante software commerciali particolarmente diffusi quali il Matlab®, intende proporre soluzioni e tecniche di indagine termografica a basso costo per l’analisi strutturale e diagnostica di materiali strutturali in generale, ed in composito a matrice polimerica in particolare. Il lavoro di ricerca si compone di quattro fasi: - Implementazione di algoritmi di correlazione Lock-In in ambiente Matlab® per l’analisi di segnali acquisiti mediante termocamere IR; - Implementazione di tecniche di IR NDT di tipo Lock-In; - Implementazione di tecniche di TSA mediante sistemi non commerciali di determinazione del segnale termoelastico; - Correlazione del segnale termoelastico ricavato da materiali compositi a matrice polimerica con lo stato tensionale e l’integrità strutturale del componente; Per ognuna delle precedenti fasi si fornisce di seguito qualche dettaglio relativo ai principali obiettivi perseguiti e metodologie di indagine. - Implementazione di algoritmi di correlazione Lock-In in ambiente Matlab® per l’analisi di segnali acquisiti mediante termocamere IR; Obiettivo di tale fase, preliminare e funzionale per tutte le altre fasi, sarà quello di ottimizzare gli algoritmi di Lock-In sulla base delle modalità di acquisizione del segnale termografico delle termocamere IR che verranno impiegate. In particolare si prevede di utilizzare due tipologie di termocamere: a singolo sensore (IR scanner), ed a matrice di sensori (Focal Plane Array, FPA). Per ognuna delle due tipologie di hardware sarà in particolare analizzata l’influenza della velocità di campionamento del segnale termografico, della risoluzione spaziale, della risoluzione termica e della finestra di campionamento. Tali parametri operativi saranno valutati sia rispetto alla determinazione del segnale termoelastico, che rispetto alla abilità di mappatura di difetti sub-superficiali di opportuni parametri di contrasto termico. - Implementazione di tecniche di IR NDT di tipo Lock-In; La tradizionale implementazione della tecnica LIT prevede la modulazione sinusoidale della potenza della fonte di calore esterna (tipicamente lampade alogene). Inoltre un algoritmo di correlazione lock-in particolarmente semplice è utilizzato per la determinazione dello sfasamento tra segnale inviato e risposta del materiale (Four-Point Correlation Method). La modulazione del segnale secondo una onda sinusoidale costituisce tuttavia una complicazione ed una limitazione al contempo. La complicazione consiste nella necessità di disporre di dispositivi di modulazione e controllo della potenza di alimentazione della lampada. La limitazione r