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TECHNOLOGIEGESCHICHTE, TECHNOLOGIE, OBJEKTE UM UNS
Wärmebilddiagnostik. Geschichte der Erfindung und Produktion
Verzeichnis / Die Geschichte der Technik, Technik, Objekte um uns herum Eine Wärmebildkamera ist ein Gerät zur Überwachung der Temperaturverteilung der untersuchten Oberfläche. Die Temperaturverteilung wird auf dem Display (oder im Speicher) der Wärmebildkamera als Farbfeld angezeigt, wobei einer bestimmten Temperatur eine bestimmte Farbe entspricht. In der Regel zeigt das Display den durch die Linse sichtbaren Temperaturbereich der Oberfläche an. Die typische Auflösung moderner Wärmebildkameras beträgt 0,1 °C.
Die innere Struktur der Erde, die Substanzen, aus denen sie besteht, werden von Geologie und Geophysik untersucht. Geologische Methoden erlauben uns, nur den oberen Teil der Erdkruste zu erforschen. Es ist sehr schwierig, einen Brunnen selbst in einer Tiefe von mehreren Kilometern zu bohren. Die Geophysik ermöglicht es Ihnen, viel weiter in die Erde einzudringen. Diese Wissenschaft untersucht die Anomalien der Erdfelder, wie Abweichungen in der Dichte, magnetische Suszeptibilität, elektrischer Widerstand, Ausbreitungsgeschwindigkeiten elastischer Wellen usw. Für die tiefe (bis zu 10000 Meter) Untersuchung großer Teile von Land und Ozeanen, die Exploration von Öl, Gas und festen Mineralien werden Methoden der Explorationsgeophysik eingesetzt. Dazu gehören Gravitation, magnetische, elektrische, seismische, thermische, nukleare Geophysik – insgesamt mehr als hundert Methoden. Die Methode der Gravitationsmessung basiert auf einer sehr genauen Messung der Schwerkraft der Erde, also des Gravitationsfeldes des Planeten. Die Erde ist keine homogene Kugel, sie hat Hohlräume und Verdichtungsgebiete wie Erzvorkommen. Infolgedessen ist die Schwerkraft über ihnen entweder etwas geringer oder etwas größer als der Durchschnittswert. Diese Veränderungen werden von Gravimetern aufgezeichnet. Mit Hilfe der magnetischen Exploration wird das geomagnetische oder natürliche Magnetfeld der Erde untersucht. Sein Wert hängt von der Größe und Tiefe des Vorkommens magnetisierter Objekte ab, beispielsweise von Eisenerzvorkommen. Magnetometer messen den absoluten Wert des Magnetfelds oder seine relativen Werte, die mit den an den Kontrollpunkten gemessenen verglichen werden. Elektrische Erkundungsmethoden basieren auf der Untersuchung entstehender natürlicher und künstlicher elektrischer Felder. Die ersten sind das Ergebnis von Sonnen- und kosmischer Strahlung, ständigen Blitzeinschlägen in die Erde, chemischen und physikalischen Reaktionen. Die zweiten entstehen, wenn die Erde Stromleitungen, Antennen von Fernseh- und Radiosendern ausgesetzt ist. Anhand der Eigenschaften des elektrischen Feldes (z. B. durch Widerstand) haben Forscher gelernt, zwischen Gestein und Ablagerungen von Metallerzen zu unterscheiden. Georadar wird in der Radarforschung eingesetzt. Ein solches Radar „schaut“ in die Erde. Die GPR-Antenne sendet einen Funkimpuls aus, der von dichtem Gestein reflektiert wird und zur Empfangsantenne zurückkehrt. Boden und Felsen absorbieren Radiowellen schnell, sodass sie nur bis zu einer Tiefe von mehreren zehn Metern vordringen. Die Methode basiert auf dem Unterschied in der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Funkwellen, der von den physikalischen Eigenschaften von Gesteinen und Flüssigkeiten, die sie sättigen (Wasser, Öl), abhängt.
Mit Hilfe von Wärmebildkameras werden die durch komplexe physikalische und chemische Prozesse entstandenen Wärmefelder der Erde untersucht. Ihre empfindlichen Elemente empfangen infrarote (thermische) Strahlung aus tiefen Felsen. Diese Strahlung ist sehr schwach, deshalb werden die Wärmebildempfänger mit flüssigem Stickstoff oder Helium auf eine Temperatur von minus 200-230 Grad Celsius gekühlt. Die empfangenen Signale werden auf dem Fernsehbildschirm angezeigt oder auf Film aufgezeichnet. Die Verteilung der Temperaturen hängt von der inneren Struktur des Planeten ab. Ein Bruch in der Erdkruste, selbst langgezogen durch Schwemmgesteine, macht sich durch Temperaturanomalien an der Erdoberfläche bemerkbar. Durch das Studium ihrer Dynamik kann man die Phänomene beurteilen, die Spannungen und Verformungen in der Erdkruste verursachen, die mit Kataklysmen behaftet sind. Wie das geht, haben Mitarbeiter des Institute of Aerospace Instrumentation aus der Hauptstadt Tatarstan gelernt. „Robert Mukhamedyarov hat mir erstaunliche Bilder gezeigt“, schreibt Mikhail Dmitruk in der Zeitschrift Miracles and Adventures, „sie zeigen alles, was sich in den Eingeweiden in Tiefen von bis zu mehreren Kilometern befindet. - Schau: Das sind Brüche in der Erdkruste, - er fuhr mit dem Finger über die hellen Streifen. Und dann zeigte er auf die dunklen Flecken: - Es gibt Öl- und Gasfelder. Diese Bilder wurden mit Hilfe von Luft- und Raumfahrtgeräten aufgenommen, die die Eingeweide fast durchsichtig machten. Man sieht durch den Boden wie durch Glas. Was sind Wunder? - Wir haben die Beziehung zwischen der Dichte von Gesteinen und der Temperatur auf der Erdoberfläche festgestellt, - erklärt Robert Davletovich. - Leichter nicht zu sagen. An verschiedenen Stellen schwankt die Temperatur um miserable Werte, aber unsere hochsensiblen Geräte beheben sie. Der Computer zeichnet Linien gleicher Temperatur auf das Bild. Wo sich die Linien verdicken, ist die Materiedichte in der Tiefe höher (Gesteine, Ablagerungen von Metallerzen). Und dort, wo die Gesteine gelockert werden (Verwerfungen der Erdkruste, Karsthohlräume, Linsen unterirdischer Seen, Kohle-, Öl-, Gasvorkommen), werden die Linien verdünnt. Nach Entschlüsselung der Wärmebilder erstellt der Computer Farbbilder des Bereichs, auf denen Sie auf einen Blick die Tiefenstruktur des Darms erkennen können. Der Professor zerstreute meine Zweifel. Er zeigte andere unterirdische Bilder, die sehr leicht zu überprüfen sind. Sie wurden nicht aus dem Weltraum, sondern aus einem Flugzeug oder Helikopter gemacht, daher hat sich die Auflösung der Bilder um das Hundertfache erhöht. Und unterirdische Kommunikation ist auf ihnen deutlich sichtbar - sie kann nicht einmal an der Oberfläche mit bloßem Auge unterschieden werden. Hier ist ein Feld vor mir, wo die Weizenernte geschnitten wurde. Sein Wärmebild zeigt kreuz und quer verlaufende Gaspipelines, die unter dem Feld vergraben sind. Und hier ist der Plan dieser Strukturen, den Gasarbeitern entnommen: Er stimmt genau mit dem Wärmebild überein. Darüber hinaus zeigt es deutlich die Schadensstellen an der Isolierung an unterirdischen Rohren sowie Gaslecks. Diese Informationen sind für die Gasarbeiter sehr wichtig, und die Wissenschaftler sind bereit, sie bereitzustellen. Übrigens liefert ihre Flugausrüstung zehnmal mehr Informationen als ein Roboter, der in einem Rohr kriecht. Und Sie können diese Daten tausendmal schneller von oben abrufen. Aber vielleicht kostet es verrücktes Geld? Nein, die Luft- und Raumfahrtdiagnostik ist viel billiger als die Inline-Diagnostik." 1979 wurde Robert Mukhamedyarov, zukünftiger Doktor der technischen Wissenschaften, Professor, als Leiter der Abteilung und Chefdesigner von Instrumenten für Raumfahrzeuge an die NPO "State Institute of Applied Optics" versetzt. Später entwickelte sich die Abteilung unter seiner Leitung zu einer Abteilung und trennte sich 1990 von NPO als unabhängiges Institut für Luft- und Raumfahrtinstrumentierung in Kazan. In der jüngsten russischen Geschichte ist es jedoch wie viele russische Unternehmen erfolgreich auf Grund gelaufen. Bisher liefert die am Institut hergestellte Ausrüstung auf dem Okean-Satelliten ein Bild, das nicht schlechter ist als das amerikanische. Aber zusammen mit der Krise in der Raumfahrtindustrie in Russland wurde Kasan-Ausrüstung für Satelliten nicht mehr benötigt. Die Arbeit unter den neuen Bedingungen zwang mich, auf Flugzeuge und Hubschrauber umzusteigen. Aber wie sagt man so schön: Aus geringer Höhe machten die Mitarbeiter des Instituts mit Hilfe ihrer Ausrüstung noch erstaunlichere Entdeckungen als aus dem Weltraum. Die Wärmebildtechnik kann jeden schockieren. So sieht man beispielsweise durch einen riesigen Metalltank zur Lagerung von Öl von oben ... einen Riss im Stahlbetonfundament dieser Struktur. Die Autos waren längst abgefahren, und ihre Wärmeschatten blieben auf dem Parkplatz. Tief im Meer ist die Wärmesignatur eines gesunkenen Schiffes sichtbar. Und hier ist ein weiteres Wunder: Auf dem Bild erscheinen die Konturen der Fundamente antiker Gebäude, die noch nicht von Archäologen ausgegraben wurden, durch den Boden! "Aber Robert Davletovich ist auch stolz auf andere Bilder", schreibt Dmitruk, "die zur Diagnose von Gebäuden und Bauwerken verwendet werden können. Unter Häusern, Brücken, Straßen, Pipelines, Krustenbrüchen, Karsthohlräumen, Kollektoren, Grundwasserströmen und anderen Überraschungen." Natur sind deutlich sichtbar. Wenn die Bauherren nur im Voraus davon gewusst hätten, hätten sie diese toten Orte umgangen. Aber die Objekte wurden bereits gebaut, ihre Fundamente und Stützen fallen in Hohlräume und Treibsand, was zu Verformungen von Gebäuden und Strukturen führt. Wie lange noch sie stehen und an welchen Stellen sollten sie verstärkt werden? Auch das ist zu sehen: Alle Spannungen und Verformungen verursachen kleine Temperaturabweichungen, die auf den Fotos deutlich sichtbar sind. Das Institut hat viele neue Prinzipien und Geräte patentieren lassen, die es ermöglichen, die Auflösung von Wärmebildkameras nahezu unbegrenzt zu steigern. Hier lernten sie, ein Zehntausendstel Grad zu erfassen - das reicht für die technische Diagnose von Gebäuden und Bauwerken völlig aus. Darüber hinaus können Bilder nachts während der Kompression von Baumaterialien und tagsüber - während ihrer thermischen Ausdehnung - aufgenommen werden. In solchen Momenten zeigen sich alle Mängel - sowohl gegenwärtige als auch zukünftige - besonders deutlich. Aber das Wichtigste ist die Diagnostik der Erdkruste: Anhand von Spannungen und Dehnungen in ihren Schichten lassen sich erdbebenauslösende Bewegungen vorhersagen. Die Vorhersage von Erdbeben ist für jedes Land, das sich in einer Zone mit hoher Seismizität befindet, von größter Bedeutung. Mukhamedyarov ist bereit, eine Prognose darüber abzugeben, wo und wann solche Katastrophen stattfinden werden. Unter einer Bedingung - wenn er Mittel für diese Studien erhält. Autor: Musskiy S.A.
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