|
|
Využití elektromagnetické a akustické emise pro diagnostiku moderních kompozitních materiálů
Trčka, Tomáš ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Lokajíček,, Tomáš (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Tématem disertační práce je teoretické a experimentální studium elektromagnetické a akustické emise generované při tvorbě trhlin v elektricky nevodivých pevných látkách. Teoretická část práce je zaměřena na metodu elektromagnetické emise, se kterou souvisí řada dosud nevyřešených problémů jak v oblasti měření generovaných emisních signálů, tak i v oblasti správné interpretace získaných experimentálních dat. Postupně zde byla řešena problematika detekce emisních signálů kapacitním snímačem a transformace primárních parametrů trhliny na měřené veličiny v rámci sestaveného přenosového systému. Výsledkem bylo rozšíření metody elektromagnetické emise na kompozitní materiály (zejména vláknové polymerní kompozity se skelnou výztuží), včetně identifikace významných emisních zdrojů v těchto moderních materiálech, ale také vytvoření metodiky pro vyhodnocování primárních parametrů trhliny na základě měřených průběhů emisních signálů v časové a frekvenční oblasti. V experimentální části byla navržena komplexní metodika pro kontinuální záznam obou emisních signálů a údajů z dodatečných senzorů, průběžné zpracování a vyhodnocování měřených dat a monitorování odezvy namáhaného materiálu na aplikovanou mechanickou zátěž v reálném čase. Do této metodiky byly postupně integrovány dílčí výsledky z různých oblastí prováděného výzkumu, především se jednalo o detekci emisních signálů, realizaci vhodné měřicí aparatury, analýzu měřených signálů v časové i frekvenční oblasti a pokročilé metody zpracování a vyhodnocování získaných dat.
|
|
|
Zpracování signálů elektromagnetické a akustické emise při mechanickém zatěžování pevných látek
Šopík, Martin ; Holcman, Vladimír (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Elektromagnetická emise a akustická emise jsou fyzikální jevy vyvolané náhlým uvolnění energie v nevodivém materiálu, kterou generují vznikající trhliny v jeho struktuře. Významný je přitom fakt, že generované signály se objevují již ve stádiu zatěžování látek, čehož lze využít např. u nedestruktivní diagnostiky stavebních materiálů a konstrukcí. Vhodný způsob zpracování těchto signálů pak může poskytnout cenné informace pro studium fyzikálních vlastností trhlin. V této práci jsou popsány metody zjišťování důležitých parametrů signálů v časové, frekvenční i časově-frekvenční oblasti. Jedná se např. o zjištění počátků signálů, maximálních hodnot, dominantních frekvencí apod. Všechny metody jsou implementovány do jednoho hlavního programu. Dále je vyjádřena transformace zdrojového signálu, kterou vnáší použitý měřicí obvod. Zvolena byla analytická metoda, což znamenalo nalezení náhradního elektrického obvodu s konstantními hodnotami prvků. Výsledný obvod aproximuje původní měřicí obvod s menší kvadratickou chybou než dosavadní způsob řešení. Transformace je vyjádřena pomocí diferenciální rovnice druhého řádu s konstantními koeficienty. Pro všechny výpočty a návrhy byl použit software MATLAB.
|
|
|
Charakterizace sekundárně vytvořených struktur v PN přechodech křemíkových solárních článků
Šicner, Jiří ; Číp, Ondřej (oponent) ; Navrátil, Vladislav (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem a charakterizací sekundárně vytvořených struktur v PN přechodech krystalických křemíkových solárních článků. Pojmem sekundárně vytvořené struktury jsou myšleny struktury vytvořené za účelem potlačení negativního vlivu lokálních defektů a hran na funkci solárního článku. To jsou v prvním případě především laserem vytvořené zářezy sloužící pro izolaci hran solárních článků. Dále pak sekundárně vytvořenou strukturou rozumíme úpravu defektní oblasti pomocí odprašování fokusovaným iontovým svazkem. Teoretická část práce se zabývá stručným úvodem do problematiky solárních článků, je zde uvedena fyzikální podstata solárního článku a technologie spojené s problematikou solárních článků. Experimentální část začíná popisem použitých experimentálních metod. Pro nedestruktivní diagnostiku byly použity metody jak elektrické (VA charakteristiky, šumové charakteristiky), tak i metody optické (měření lokálního vyzařování – CCD kamera, termokamera, lock-in termografie). Dále pak bylo využito skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) vybaveného technologií odprašování pomocí iontového svazku (FIB). Postupně jsou zde uvedeny jednotlivé výsledky charakterizace laserem vytvořených struktur. Tyto dílčí výsledky jsou zakomponovány do vytvořené komplexní metodiky pro charakterizaci laserem vytvořených struktur. Experimentální část je pak zakončena prezentací výsledků z výzkumu využití technologie fokusovaného svazku iontů pro odprašování defektních oblastí solárních článků.
|
|
|
Diagnostika PN přechodu křemíkových vysokonapěťových usměrňovacích diod pomocí šumu mikroplazmatu
Raška, Michal ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Hájek, Karel (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Práce se zabývá diagnostikou lokálních defektů v PN přechodu a přináší nové poznatky v oblasti chování šumu mikroplazmatu a jeho využití k určení změny teploty uvnitř PN přechodu. Právě defekty v PN přechodech jsou zdrojem zmíněného typu šumu, šumu mikroplazmatu. Během měření byly u šumu mikroplazmatu pozorovány odchylky od běžně uváděných pravoúhlých impulzů. Tyto odchylky jsou zde dány do souvislosti se změnou teploty v defektní oblasti a jejím blízkém okolí. Součinitelé generace a rekombinace, jež jsou běžně uváděny v čase konstantní a slouží k popisu chování šumu mikroplazmatu, mají u zkoumaných diod v čase proměnlivý charakter, což je v práci také podrobně vysvětleno. Práce se dále zaměřuje na určení parametrů PN přechodu v případě, kdy jej není možné jednoznačně zařadit jak mezi strmé, tak mezi pozvolné PN přechody. K hlavním hledaným parametrům patří určení bariérové kapacity, difuzního napětí a šířky vyčerpané oblasti v závislosti na přiloženém závěrném napětí. Následně je v textu kvalitativně ověřena souvislost mezi lokálními lavinovými výboji v PN přechodu a vznikem oblasti záporného diferenciálního odporu na VA charakteristice pro závěrně pólovanou diodu. Posledním významným bodem obsaženým v práci je počítačové modelování chování teploty v defektní oblasti a v jejím blízkém okolí během lokálního lavinového průrazu, včetně navržení metodiky určení parametrů oblasti ohřevu u reálných diod.
|
|
|
Využití signálů elektromagnetické a akustické emise pro lokalizaci trhlin vznikajících při mechanickém zatěžování pevných látek
Burděj, Václav ; Sadovský, Petr (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Pojmy akustická emise (AE) a elektromagnetická emise (EME) označují fyzikální jevy, a zároveň diagnostické metody založené na těchto jevech. Tyto jevy vznikají při vzniku trhlin v materiálech a řadí se mezi nedestruktivní techniky diagnostiky materiálů. Jejich největší výhodou je, že tyto metody neovlivňují objekt měření a dávají nám informace o momentálním dynamickém stavu testovaného materiálu. Jedinou jejich nevýhodou jsou velmi malé energie signálů emise, což významně ztěžuje jejich širší využití. Spojením těchto dvou technik diagnostiky se předpokládá zpřesnění lokalizace trhlin v nevodivých materiálech. V této práci jsou popsány a navrženy nové metody pro lokalizaci trhlin s využitím signálů AE a EME. Také je zde uveden popis měřícího zařízení určeného k lokalizaci trhlin a experimentálního vzorku pro ověřování přesnosti metod lokalizace trhlin. Na tomto experimentálním vzorku je provedeno porovnání přesnosti lokalizačních metod.
|
|
|
Analýza fluktuačních procesů v solárních článcích
Macků, Robert ; Chobola, Zdeněk (oponent) ; Franc,, Jan (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Práce rozebírá problematiku nedestruktivní diagnostiky křemíkových solárních článků. Ačkoliv současné výrobní postupy a technologie jsou na velmi vysoké úrovni, další rozvoj v oblasti fotovoltaiky se nyní jeví limitovaný i v důsledku neschopnosti nalezení lokálních a objemových defektů, včetně jejich interpretace. Předmětem výzkumu je tedy nedestruktivní studium procesů s vlivem na provoz, životnost a spolehlivost vzorků. Za tímto účelem byly použity hlavně šumové analytické metody ve spojení se sledováním optické aktivity defektů, měřením kapacitních charakteristik a studiem transportu náboje. Tyto metody umožňují sledovat objemové nedokonalosti, defekty krystalické mříže, lokálně namáhané oblasti a v neposlední řadě i průrazné mechanizmy s možným vyústěním až v destrukci vzorků. Na základě získaných poznatků a pochopení probíhajících procesů mohou být nalezeny doporučení pro výrobce a způsoby úpravy výrobních postupů. Významná část práce je zaměřena na náhodný n-stavový impulsní šum známý jako mikroplazmatický šum. Tento šum vzniká v důsledku průrazů ve velmi malých oblastech pn přechodu a indikuje významné snížení životnosti, popřípadě destrukci pn přechodu jako takového. Tyto prostorově lokalizované oblasti byly studovány samostatně s použitím optických i elektrických metod a podařilo se získat mnoho zajímavých informací. Neméně významná část práce byla věnována i modelování šumových a fluktuačních procesů objemových nedokonalostí, kde se podařilo navrhnout jejich fyzikální interpretaci a analytický popis.
|
|
|
Charakterizace procesu porušování migmatitu prostřednictvím ultrazvukových metod
Petružálek, Matěj ; Vilhelm, Jan (vedoucí práce) ; Vavryčuk, Václav (oponent) ; Koktavý, Pavel (oponent)
Tématem předkládané práce je studium procesu porušování migmatitu, který patří mezi krystalinické nízko-porozitní anizotropní horniny. Migmatit pochází z lokality Skalka a jako vhodný horninový materiál byl vybrán, zejména s ohledem na jeho makroskopicky viditelnou plošně paralelní strukturu - foliaci. Proces porušování byl studován prostřednictvím jednoosých zatěžovacích zkoušek prováděných na válcových vzorcích migmatitu se sklonem foliace 13ř (subhorizontální), 47ř, 67ř a 81ř (subvertikální). V průběhu zatěžovacích zkoušek bylo, pomocí sítě osmi piezokeramických snímačů, prováděno ultrazvukové prozařování (UP) a monitorována akustická emise (AE). Realizovaná studie procesu porušování se opírá zejména o intepretaci měření dvou uvedených ultrazvukových metod. Součástí práce bylo také vytvoření programového vybavení včetně vývoje a testování metod umožňujících zpracování a interpretaci měřených dat UP a AE. Metodická část práce zahrnuje: vytvoření a testování algoritmů pro odečet času příchodu podélných vln; stanovení anizotropního rychlostního modelu jak pro popis změn velikosti a orientace anizotropie v průběhu zatěžování, tak i pro lokalizaci jevů akustické emise; stanovení počátku mikroporušování pomocí intepretace amplitud prvního nasazení UP. Intepretací dat UP a AE byl zjištěný odlišný...
|
|
|
Field measurement of natural electromagnetic emissions near the active tectonic and mass-movement fractures in caves
Trčka, T. ; Macků, R. ; Koktavý, P. ; Škarvada, P. ; Baroň, I. ; Stemberk, Josef
Laboratory tests on a wide range of solid materials shoved that the electromagnetic emission (EME) signals are generated during the samples mechanical stress. EME anomalies have been observed also under natural conditions in association to fracture processes, tectonic loading, stress redistribution and crack propagation prior to earthquake or in relation to deep-seated gravitational mass movements. This paper describes a first prototype of the Emission data logger, which was specially developed for the continual EME monitoring in field conditions. Our equipment has been installed and tested in Obir Caves (Austria) at an active tectonic fault. The pilot long-term EME measurement results from this location are also presented in this paper.
|
|
|
Charakterizace procesu porušování migmatitu prostřednictvím ultrazvukových metod
Petružálek, Matěj ; Vilhelm, Jan (vedoucí práce) ; Vavryčuk, Václav (oponent) ; Koktavý, Pavel (oponent)
Tématem předkládané práce je studium procesu porušování migmatitu, který patří mezi krystalinické nízko-porozitní anizotropní horniny. Migmatit pochází z lokality Skalka a jako vhodný horninový materiál byl vybrán, zejména s ohledem na jeho makroskopicky viditelnou plošně paralelní strukturu - foliaci. Proces porušování byl studován prostřednictvím jednoosých zatěžovacích zkoušek prováděných na válcových vzorcích migmatitu se sklonem foliace 13ř (subhorizontální), 47ř, 67ř a 81ř (subvertikální). V průběhu zatěžovacích zkoušek bylo, pomocí sítě osmi piezokeramických snímačů, prováděno ultrazvukové prozařování (UP) a monitorována akustická emise (AE). Realizovaná studie procesu porušování se opírá zejména o intepretaci měření dvou uvedených ultrazvukových metod. Součástí práce bylo také vytvoření programového vybavení včetně vývoje a testování metod umožňujících zpracování a interpretaci měřených dat UP a AE. Metodická část práce zahrnuje: vytvoření a testování algoritmů pro odečet času příchodu podélných vln; stanovení anizotropního rychlostního modelu jak pro popis změn velikosti a orientace anizotropie v průběhu zatěžování, tak i pro lokalizaci jevů akustické emise; stanovení počátku mikroporušování pomocí intepretace amplitud prvního nasazení UP. Intepretací dat UP a AE byl zjištěný odlišný...
|
|
|
Charakterizace sekundárně vytvořených struktur v PN přechodech křemíkových solárních článků
Šicner, Jiří ; Číp, Ondřej (oponent) ; Navrátil, Vladislav (oponent) ; Koktavý, Pavel (vedoucí práce)
Tato práce se zabývá studiem a charakterizací sekundárně vytvořených struktur v PN přechodech krystalických křemíkových solárních článků. Pojmem sekundárně vytvořené struktury jsou myšleny struktury vytvořené za účelem potlačení negativního vlivu lokálních defektů a hran na funkci solárního článku. To jsou v prvním případě především laserem vytvořené zářezy sloužící pro izolaci hran solárních článků. Dále pak sekundárně vytvořenou strukturou rozumíme úpravu defektní oblasti pomocí odprašování fokusovaným iontovým svazkem. Teoretická část práce se zabývá stručným úvodem do problematiky solárních článků, je zde uvedena fyzikální podstata solárního článku a technologie spojené s problematikou solárních článků. Experimentální část začíná popisem použitých experimentálních metod. Pro nedestruktivní diagnostiku byly použity metody jak elektrické (VA charakteristiky, šumové charakteristiky), tak i metody optické (měření lokálního vyzařování – CCD kamera, termokamera, lock-in termografie). Dále pak bylo využito skenovacího elektronového mikroskopu (SEM) vybaveného technologií odprašování pomocí iontového svazku (FIB). Postupně jsou zde uvedeny jednotlivé výsledky charakterizace laserem vytvořených struktur. Tyto dílčí výsledky jsou zakomponovány do vytvořené komplexní metodiky pro charakterizaci laserem vytvořených struktur. Experimentální část je pak zakončena prezentací výsledků z výzkumu využití technologie fokusovaného svazku iontů pro odprašování defektních oblastí solárních článků.
|
host ::
RSS.