Appunti esame Metodi non invasivi per la diagnostica dei beni culturali

A

temperatura in oggetto varia la distribuzione della radiazione emessa da questo :

Lo spettro di un corpo nero è una campana asimmetrica. Lampiezza della curva aumenta (maggiore emissione di energia) al diminuire di l (cioè a

frequenza, più alta) proporzionalmente allaumento di temperatura.

Legge di Wien:

T è la temperatura del corpo nero

b = 2898 è la costante di proporzionalità di Wien,

λ max è la lunghezza donda espressa in metri.

La legge di Wien esprime il concetto che tanto più un corpo è caldo tanto più piccola è la lunghezza donda a cui emetterà una radiazione

λ max= b/T

Più il corpo viene scaldato piu la lunghezza donda sarà piccola.

La temperatura di un corpo può essere misurata senza il diretto contatto col corpo misurando la quantità di radiazione infrarossa emessa dallo

stesso.

La superficie di ogni corpo, animato o meno, emette energia sotto forma di radiazione elettromagnetica in grado di propagarsi nel vuoto ed in

alcuni materiali a causa dellagitazione termica delle molecole.

La termografia all'infrarosso è una tecnica telemetrica in grado di determinare con notevole risoluzione spaziale e grande precisione la

temperatura di una superficie attraverso la misura della radiazione "di corpo nero che viene emessa da ogni oggetto in funzione della propria

temperatura

Legge di Stefan-Boltzmann: U= 5,67*10 T (W/m )

la temperatura assoluta (T) è espressa in Kevin.

U= quantitativo di energia irradiato da un corpo nero per unità di tempo per unità di superficie (emittanza); la legge in questa formulazione vale

solo per i corpi neri ideali

Un oggetto di qualsiasi natura emette una quantità di radiazioni tanto più grande quanto piu alta è la sua temperatura.

La termovisione quale mezzo di diagnosi non distruttiva presenta un vasto campo di applicazioni che vanno dal rilevamento dell'umidità alla

scoperta di elementi architettonici nascosti, dall'individuazione di distacchi negli intonaci alla caratterizzazione dei materiali di un edificio.

Le discontinuità termiche causate dalla presenza di difetti o danneggiamenti, che si originano su una superficie muraria in seguito a riscaldamento,

sono chiaramente evidenziabili graficamente mediante l'impiego di termocamere ad alta risoluzione e tecniche di elaborazione dell'immagine.

Il termogramma è unimmagine dove ad ogni colore corrisponde una temperatura secondo una scala predefinita.

La termocamera è uno strumento che rileva nellinfrarosso lintensità della radiazione prodotta da un corpo che si trovi a temperatura maggiore

°C).

dello zero Kelvin (-273,15

La termocamera IR non è quindi in grado di rilevare direttamente la temperatura del corpo.

La radiazione IR viene elaborata dallelettronica della macchina (convertitore elettronico) fino a sviluppare unimmagine digitale di tipo

radiometrico nella quale è possibile visualizzare la temperatura delloggetto.

La termocamera IR è quindi uno strumento, simile alla macchina fotografica digitale che memorizza limmagine o il fotogramma, ma usando

«in

linfrarosso (IR), che normalmente è invisibile allocchio umano, per produrre unimmagine visibile falsi colori» che descrive le variazioni di

temperatura.

FOV (field of view) campo visivo

È una piramide a base rettangolare che ha per vertice la matrice che costituisce il sensore della termocamera, e per base il campo visivo della

termocamera (Horizontal FOV x Vertical FOV).

E espresso in gradi, e rappresenta larea che la termocamera è in grado di vedere in funzione della distanza. Un sensore è costituito da una matrice

di tanti elementi, o pixel, che danno luogo allimmagine completa; per esempio, un sensore da 120 pixels X 160 pixels ha in totale una matrice di

19.200 pixels.

IFOV (istantaneous field of view) campo visivo istantaneo

LIFOV viene definito come un angolo solido, una piramide con base rettangolare il cui vertice corrisponde ad un pixel del sensore, mentre la base

costituisce la grandezza del pixel dellimmagine ad una certa distanza.

Essendo un angolo solido, viene espresso in milliradianti e rappresenta in pratica la porzione di campo visivo che corrisponde ad ogni singolo pixel

(nellesempio considerato, 1/19.200 del campo visivo totale)

La radiazione unitaria registrata dalla termocamera IR è composta da raggi emessi (ε), riflessi (R) e trasmessi (t), provenienti dagli oggetti

allinterno del campo visivo dello strumento.

In pratica con la termocamera IR misuriamo:

• la radiazione emessa dalloggetto di misura (ε);

• la riflessione della temperatura ambiente (R);

• la trasmissione della radiazione da parte delloggetto di misura (t)

Poiché la trasmissione ai fini pratici risulta spesso trascurabile, si assume

ε

R + = 1

Pertanto quanto minore è lemissività tanto maggiore è la quota di raggi infrarossi riflessi. In questo caso risulta più difficile effettuare una misura

precisa della temperatura ed è importante che la compensazione della temperatura riflessa (RTC) sia impostata correttamente.

ε dipende dalle caratteristiche superficiali, dal tipo di materiale e dalla temperatura;

•ε max. = 1 (radiazione corpo nero, non si verifica mai);

• ε<

Corpi reali: 1, infatti questi non solo emettono ma riflettono ed eventualmente trasmettono le radiazioni;

• ε ε≈

Molti materiali non metallici (PVC, cemento, sostanze organiche, etc.) hanno elevata che non dipende da T ( da 0,8 a 0,95).

• ε

I metalli, in particolare quelli con una superficie lucida, hanno una bassa che dipende da T.

ε

Limpostazione corretta di è fondamentale nel caso di grandi differenze di temperatura (T) tra loggetto di misura e lambiente

→

≥

Corpi/superfici con emissività elevata (ε 0.8): hanno un fattore di riflessione basso la loro temperatura può essere misurata molto

facilmente con la termocamera. →

ε

Corpi/superfici con emissività media (0.8 < < 0.6): hanno un fattore di riflessione medio la loro temperatura può essere misurata con

buona precisione con la termocamera. →

≤

Corpi/superfici con emissività bassa (ε 0.6): hanno un fattore di riflessione elevato la loro temperatura può essere misurata con la

termocamera ma i risultati devono essere esaminati molto attentamente, bisogna tenere conto nel calcolo della T della compensazione della

temperatura riflessa (RTC)

Il parametro più importante da impostare correttamente nella termocamera IR è l'emissività che misura quanta radiazione viene emessa

dall'oggetto, rispetto a quella di un corpo nero alla stessa temperatura.

Lemissività si può definire anche come la capacità di un oggetto di assorbire il calore sotto forma di energia termica e poi di trasmetterla ed

emetterla nel campo dellinfrarosso.

Se la temperatura delloggetto di misura è superiore alla T amb.:

•ε alte determinano letture di T basse

•ε basse determinano letture di T alte

Se la temperatura delloggetto di misura è inferiore alla T amb.:

•ε alte determinano letture di T alte

•ε basse determinano letture di T basse

Condizioni ottimali per la misura termografica allesterno

• Condizioni atmosferiche stabili e cielo nuvoloso prima e durante la misura (per misure allaperto);

• Assenza di luce solare diretta prima e durante la misura;

• Assenza di precipitazioni;

• Superficie delloggetto di misura asciutta e priva di fonti termiche dinterferenza (es. assenza di foglie sulla superficie);

• Assenza di vento o correnti daria;

• Assenza di fonti dinterferenza nellambiente di misura o nel percorso di trasmissione;

• Emissività della superficie delloggetto di misura nota;

• °C

Per la termografia edile, è raccomandata una differenza di almeno 15 tra la temperatura ext e int

Qualità dellimmagine IR

• Scegliere il giusto campo dinquadratura;

• Mettere a fuoco correttamente limmagine IR;

• Considerare, prevenire o schermare tutte le fonti dinterferenza;

• Cambiare la posizione di ripresa al fine di individuare qualsiasi riflessione;

• Mantenere la distanza di misura quanto più piccola possibile;

• Per una misura esatta dei dettagli usare un cavalletto;

• Le caratteristiche delloggetto di misura devono essere note al fine di poter identificare le caratteristiche termiche;

• Utilizzare una termocamera IR con fotocamera digitale integrata per consentire lelaborazione in un momento successivo;

• Annotare tutte le condizioni ambientali per unanalisi successiva delle immagini termiche.

Modifiche a posteriori mediante software dedicati:

• Modifica dellimpostazione dellemissività e della RTC;

• Scelta adeguata della palette di colori (ferro, arcobaleno, ecc.);

• Regolazione manuale della scala di temperatura

Riflessi

I riflessi possono causare una cattiva interpretazione dell'immagine termica.

L'operatore deve quindi scegliere accuratamente langolo dove puntare la termocamera per evitare tali riflessi. In generale meglio superfici opache

Temperature esterne ed interne °C

Solitamente è consigliabile una differenza di temperatura di almeno 10 tra i due lati della parete.

Influenze sull'esterno di un edificio

La luce solare diretta e le ombre possono influenzare la conformazione termica di una superficie anche molte ore dopo la fine dell'esposizione alla

luce solare. I mattoni cambiano temperatura molto più lentamente del legno. Anche il vento e la pioggia possono influenzare i dati termici. I flussi

di aria raffreddano le superfici dei materiali, riducendo le differenze di temperatura tra aree calde e fredde.

IMAGING MULTISPETTRALE

La luce è un nsieme di onde elettromagnetiche le cui lunghezze donda rientrano in un intervallo ben preciso che noi chiamiamo luce visibile.

Ogni volta che i nostri occhi percepiscono una radiazione nel visibile con una distribuzione diversa da quella della luce bianca, diciamo di vedere

qualcosa di colorato

Il colore

La luce bianca (es. il sole) è la somma di fotoni di tutti i colori , cioè di tutte le lunghezze donda del visibile, dal rosso al blu

Un oggetto ci appare colorato, perché è ricoperto di una sostanza (colorante) che assorbe selettivamente i fotoni di alcune lunghezze donda

specifiche, riflettendo i fotoni delle altre lunghezze donda.

Ad esempio, un oggetto appare giallo, perché assorbe i fotoni nel blu, lasciando quelli nel rosso e nel verde, che danno, nel nostro occhio, la

sensazione del giallo.

Limging multispettrale registra segnali che il nostro occhio non riesce a leggere e li restituisce.

Il funzionamento dellocchio ricorda quello