红外系统的定量缺陷识别算法研究

对带有二维内部缺陷的试件的传热建立了物理和数学模型，并根据Levenberg—Marquardt法提出了根据表面红外测温确定内部缺陷尺寸和深度的识别算法，并通过正反问题的求解对计算方法进行了验证。同时，分析了表面测温误差，表面最大温差等对计算结果的影响。通过计算分析可以得到结论：本方法可以精确地识别试件内部的缺陷尺寸和深度；温度测量误差对计算结果的影响不大；表面最大温差越大，缺陷的识别精度越高。本方法适用于可用有限个参数描述的任何形状缺陷的识别。     

基于有限元的材料红外无损检测研究

通过有限元求解材料的二维导热模型,利用ANSYS仿真获取材料表面的温度分布,把表面温度计算值和仿真结果的误差平方和作为目标函数,借助于共轭梯度法来优化该目标函数.仿真结果验证了算法的可行性,可以达到红外无损检测的目的.研究表明:材料内部缺陷深度和材料的热导率是影响表面温差的重要因素,缺陷距离表面的深度越小,材料表面的温差越大;材料表面温差随热导率的增加呈现为先增大后减小的趋势.该方法可获得材料内部缺陷较为准确的位置和缺陷大小信息,为红外成像无损检测提供了可行的手段.     

基于导热反问题的复合材料内壁不规则缺陷Ansys二次开发红外诊断识别

针对人工编程数值建模进行缺陷识别反问题求解存在编程复杂、分析效率低的局限性,提出了采用通用有限元数值计算软件Ansys结合共轭梯度算法进行二次开发对复合材料内壁不规则缺陷进行红外诊断定量识别的方法,并引入了相对敏感系数的概念用于比较评估试件检测状态对缺陷边界形状定量识别的影响。通过相对敏感系数分析发现,不同检测状态下内壁不规则缺陷的可检测性并不相同,采用检测面达到最大温差时刻点的瞬态检测比稳态检测更具优越性。数值试验验证了Ansys二次开发红外诊断识别的可行性和相对敏感系数比较评估的有效性。     

采用混沌-LM混合解法的材料缺陷单面红外检测定量辨识

针对缺陷定量辨识的非线性、不适定性提出了采用混沌-LM（Levenberg-Marquardt）混合解法结合单面红外检测技术对缺陷进行定量辨识的新算法,并提出了相对敏感系数分析缺陷可检测性的新概念。通过相对敏感系数分析发现,缺陷尺寸、位置的不同描述参数的可检测性并不相同,而且采用检测面达到最大温差时刻点的瞬态检测比稳态检测更具优越性。文中采用数值实验对瞬态和稳态检测均进行了检验,实验结果与相对敏感系数分析结论一致。此外,数值实验还证明了混沌-LM混合解法的有效性,表明了辨识结果的稳定性和全局最优性。     

CNG气瓶缠绕层缺陷的红外定位和定量识别及实验研究

CNG复合材料气瓶长期处于交变载荷作用,易于发生疲劳损伤,形成内部缺陷,造成强度下降,影响使用安全。含内部缺陷的复合材料气瓶在宏观上无明显形变,表观上难以直接进行缺陷检测。在目前的气瓶检测项目中,缺乏快速有效的缠绕层内部缺陷检测手段,可能造成含有内部缺陷气瓶的漏检。本文针对CNG复合材料气瓶检测存在的关键问题,结合现有气瓶检测标准和工艺,提出了一种基于气瓶内部蒸汽冲洗过程表面热像的缺陷检测方案。该方案以气瓶冲洗过程的蒸汽为气瓶的内部热激励,基于红外热像仪采集的气瓶表面瞬态温度分布,利用人工神经网络实现气瓶缠绕层缺陷的定位和定量识别。实验研究表明,人工神经网络能够精确地进行气瓶缠绕层缺陷的定位和定量识别且识别效率较高,适于气瓶的在线检测。     

研究材料缺陷探测极限用的红外成像装置的特性

红外成像装置作为以遥感方式测定物体表面辐射温度分布的测定器,在工业界得到了广泛应用。利用这种装置测定缺陷存在的方法－热成像法目前颇受关注。这种测定方法是一种向物体照射热,将物体表面所产生的异常湿度和辐射能量分布显示在红外成像装置的显示器上,使热图像形式可视化的方法。目前,利用红外成像装置测定物体表面和内部缺陷的探测极限、弄清楚JIS、ASTM等标准中所规定的噪声等效温差（NETD）和最小可分辨温差（MRTD）之间关系方面的研究还非常少。本项研究是通过测定所使用的红外成像装置的噪声等效探测温差和最小可分辨温差等特性,阐述与物体表面缺陷的探测极限的关系。     

基于相位的热障涂层厚度及其脱粘缺陷红外定量识别

为了促进热障涂层红外无损检测的定量检测研究, 建立了轴对称圆柱坐标下的热障涂层脉冲相位检测模型, 针对研究模型, 采用有限体积法求解出脉冲热激励下的温度场, 将温度进行FFT变化得到相位分布, 分析了不同因素对检测表面相位差分布的影响。在此基础上, 采用LM算法研究了轴对称圆柱坐标下对热障涂层厚度的大小和脱粘缺陷的位置进行定量化检测的方法, 分析了不同因素对检测结果的影响。研究结果表明: 当不存在测温误差时, 不同的初始假设、采样窗口时间下都能得到很高的识别精度, 其对定量识别的影响不大, 当测温仅存在均匀误差时, 涂层厚度和脱粘缺陷位置识别精度都很高, 均匀误差对识别无影响, 识别结果的精度会随测温随机误差的增大而降低, 但在较大的随机误差下仍有较高的识别精度。     

缺陷表面温度分布及空腔自然对流对红外检测的影响

对存在内部缺陷的板状结构的传热建立了二维物理和教学模型。通过有限差分法求 解得到了检测表面的温度分布。得到了缺陷尺寸、深度以及缺陷的当量导热系数对检测表面温度分布的影响规律;通过建立一维模型,分析了缺陷空腔内自然对流换热对检测表面温度分布的影响。研究认为,随着缺陷厚度的增加,缺陷的导热系数与被检材料的导热系数差异扩大,表面的最大温差增大;表面最大温差随缺陷的长度和缺陷深度的增大先增加后减小;缺陷厚度大概在10mm范围内自然对流开始起作用,高于此值后,自然对流换热对表面的温度分布具有显著的影响,并且此缺陷的厚度值受试件材料、表面对流换热系数的影响可以忽略。     

基于参数转化和遗传算法的内部多缺陷识别算法的性能分析

试件或设备内部缺陷的定量识别已成为红外无损检测与传热反问题领域的一个重要研究方向。针对基于表面红外测温的试件内部多缺陷的识别问题,提出了基于参数转化思想和遗传算法的一种新的定量识别方法,初步研究显示了对试件内部多缺陷识别的良好的适用性。针对该方法,以二维试件内部多缺陷试件为例,从缺陷的位置、形状、数目、网格密度、测温误差等各个方面系统地分析该方法的性能。一系列数值试验验证了该方法的有效性,证明了在各种因素影响下该算法均具有非常优越的性能。     

基于APDL的管道内壁边界识别算法

基于表面测温的缺陷或缺陷边界的定量识别算法是目前红外无损检测从定性向定量发展的关键理论基础。针对目前方法识别不规则缺陷边界精度相对较低的问题,通过关联ANSYS软件和MATLAB软件,利用有限元方法和共轭梯度法对二维管道内壁边界形状的稳态识别进行了研究。针对不同内壁边界形状以及试件形状的识别问题,系统地讨论了边界形状初始假设、检测表面温度测量误差及测温点数目、所识别边界的离散点数目以及试件的导热系数等一系列因素对识别结果的影响。数值实验证明了该方法的有效性及精确性。该方法可以在较短的计算时间内得到非常精确的稳态识别结果,大大提高了管道内壁边界形状识别的效率。     

激光红外热成像铝合金表面裂纹检测表面处理的研究

通过搭建激光红外热成像检测平台,对已制备的铝合金光滑表面及表面处理后裂纹缺陷试样进行检测,对裂纹处的红外热图和温度数据进行分析,并且为了突出表面处理检测效果,用差动式检测方法对比在不同功率下表面处理前后温差变化。实验结果表明,随着功率的增大,裂纹缺陷表面处理前后的温差都存在温差增大的变化,但是表面处理后裂纹缺陷温差变化更加明显。相同功率条件下,裂纹缺陷表面处理后温差幅度远大于表面处理前的温差幅度。可见对激光红外热成像铝合金表面裂纹检测进行表面处理,明显提高其热吸收率,而且相较于表面处理前,经过表面处理后,所需更小的功率,就能取得更大温差,检测效果更好,可检测性更强。     

环境因素对闪光灯激励红外热成像外场检测的影响

为了研究外场环境下实施红外热成像检测时,环境温度、日照、风速等外场环境因素对检测的影响机理及规律,文中以闪光灯激励红外热像法检测玻璃纤维增强塑料层压板分层缺陷为例,通过轴对称分层缺陷的物理建模、有限元仿真计算和基于试块的实验研究,得到了温差、温差最大值、温度对比度和温度对比度最大值等可检信息参数随各个环境因素变化的规律。文中对比了25 ℃和30 ℃环境温度下的仿真结果和实验结果,对比了日照不均和均匀温度下的仿真结果和实验结果,对比了对流换热系数为10 W/(m2·K)与100 W/(m2·K)的仿真结果和正常散热与强制散热的实验结果。基于以上仿真结果和实验结果,得出了如下结论:随着环境温度的升高,温度对比度最大值下降,缺陷清晰度下降,不利于缺陷的检出;日照不均使得温差最大值和温度对比度最大值或者增大或者减小,会造成误判或缺陷漏检;随着风速的增大,温差最大值和温度对比度最大值变小,缺陷的可检性变差,缺陷的清晰程度下降,不利于缺陷检测。     

单面法红外检测钢板内壁缺陷温度场研究

利用导热微分方程和钢板的初始条件及边界条件,用数值计算分析了二维钢板模型随 缺陷长度大小、深度变化时单面法加热钢板的表面温度场分布,在红外热像仪的分辨率允许的前提下讨论单面法红外检测钢板内表面缺陷的可行性。     

超声红外热成像技术在航空发动机叶片裂纹的对比研究

由于航空发动机叶片具有复杂的曲面结构,对服役过程中形成的微小裂纹检测带来了困难,文中采用超声红外热成像技术对航空发动机叶片裂纹实施检测,开展了超声红外热成像技术研究,搭建了超声红外热成像实验平台,并对实际服役过程中产生裂纹的航空发动机工作叶片进行检测。超声红外热成像结果与渗透检测、金相检测进行了对比;实验结果表明,对于该航空发动机工作叶片,超声红外热成像技术可以检测出2个裂纹缺陷、1个开口缺陷,采用渗透检测仅检测出1个裂纹缺陷,采用金相显微镜检测发现2个裂纹缺陷,宽度分别约为15 μm、0.5 μm,与超声红外热成像检测结果一致。对比结果表明超声红外热成像技术可以有效检测出航空发动机复杂曲面的叶片裂纹缺陷。     

C/SiC复合材料的红外热像无损检测研究

采用红外脉冲热像检测方法对C/SiC复合材料试样中不同尺寸和深度的平底孔模拟缺陷进行无损检测,分析了红外脉冲热像检测方法的检测原理、红外脉冲热像检测结果和微分处理后的检测结果。研究结果表明,对于同一缺陷,红外脉冲热像图中显示的缺陷尺寸随时间变化规律近似服从卡方分布,并且在红外热波信号传播至缺陷深度时,显示的缺陷尺寸最大;对红外脉冲热像图进行微分处理,可提高小缺陷和深度缺陷的检测能力,且能够提高缺陷的识别度;红外脉冲热像法检测C/SiC材料,能发现最小直径为Φ2 mm的缺陷,无法发现深度大于4 mm(直径不大于Φ15 mm)的缺陷;该红外脉冲热像法检测C/SiC材料的最小径深比为1.3。     

基于GaAs基大功率激光器的热分析

The thermal characteristics of 808 nm Al Ga As/Ga As laser diodes(LDs) are analyzed via electrical transient measurements and infrared thermography. The temperature rise and thermal resistance are measured at various input currents and powers. From the electrical transient measurements, it is found that there is a significant reduction in thermal resistance with increasing power because of the device power conversion efficiency. The component thermal resistance that was obtained from the structure function showed that the total thermal resistance is mainly composed of the thermal resistance of the sub-mount rather than that of the LD chip, and the thermal resistance of the sub-mount decreases with increasing current. The temperature rise values are also measured by infrared thermography and are calibrated based on a reference image, with results that are lower than those determined by electrical transient measurements. The difference in the results is caused by the limited spatial resolution of the measurements and by the signal being captured from the facet rather than from the junction of the laser diode.     

超声红外热像法的激励参数影响规律研究

超声红外热像作为一项新型无损检测方法早已引起国内外研究人士的重视,研究超声波激励参数的影响对该方法的工程应用和理论研究具有重要意义。本文基于ANSYS有限元软件采用热固耦合的方法对超声波激励裂纹生热的过程模拟分析,研究了不同激励参数下(激励时间、激励幅值、激励位置)结构件裂纹缺陷的生热规律。并进行了超声波红外热像疲劳裂纹检测实验,实验结果验证了有限元分析的可行性。     

激光扫描热成像无损检测关键参数影响分析

对一种新型红外热波无损检测技术激光扫描热成像无损检测技术进行了研究。在深入分析检测机理的基础上建立了激光扫描热成像有限元数值计算模型,选取缺陷处和非缺陷处表面最大温差作为特征量,对样品材料、缺陷大小、缺陷深度、激光扫描速度和激光扫描功率等关键参数对激光扫描热成像检测的影响规律进行了仿真和分析,为该新技术的进一步发展和应用提供了参考;采用数据拟合方法得出了各参数和表面最大温差关系,并以此为基础提出了激光扫描热成像技术检测参数控制策略,实际检测过程中,可据此针对样品缺陷特征快速准确设置检测参数,提高检测能力。     

船用输热管道及保温层的红外热像无损检测研究

针对红外热像仪检测船用保温层的内部和外部缺陷及管道漏泄进行了实验研究；研究了缺陷和漏泄的可检测性并对其影响因素进行了分析，并对某舰用锅炉系统的管道进行了实际的检测。结论为：保温层细微的外部缺陷都可以被检测到，而内部缺陷受距表面深度的影响较大，越深越不容易被检测；由于空气的导热系数和保温层的导热系数相差不大，一旦发现有内部缺陷应予以足够的重视；裸金属管道表面漏泄的检测主要是基于水和管道表面发射率的差异而不是温差。带有暖气管道保温层的管道的漏泄比较容易检测到。实际检测研究证明了红外热像仪应用于与船用输热管道漏泄及保温层缺陷检测的可行性。