基于复Morlet小波相位的红外调制热像检测方法

为了提高红外调制热像法对复合材料缺陷的检测能力,研究了利用基于复Morlet小波相位分析的红外热像序列处理方法。依据热激励调制频率和红外图像采样频率,自适应地选择小波变换尺度总数,然后利用复Morlet小波系数相位从原始热像序列重建相位图序列。对含有分层缺陷的玻璃纤维增强复合材料参考试件进行了调制热像检测实验,以信噪比为评价指标对该方法的实际处理效果进行了定量评定,并与傅里叶变换法进行了对比。结果表明:复Morlet小波相位法可以分离调制热像信号的低频和高频噪声,能稳定地提取试件不同深度的分层缺陷,对热激励调制频率的变化有良好宽容性,因此是调制热像法的有效数据处理方法。     

CFRP层压板脉冲热像检测的图像重建与增强

脉冲热像检测中直接获取的原始热像往往信噪比较低、对比度较差.为了抑制各种噪声的不良影响,提高脉冲热像检测的缺陷探测能力,运用基于对数多项式回归的图像重建方法对碳纤维增强塑料层压板脉冲热像检测的热像序列进行图像重建与增强.通过对一维热传导模型的解析分析论证了对数多项式回归法的理论基础;通过层压板检测实验对图像重建与增强方法的实际处理效果进行了验证;采用基于统计学的图像评估标准对图像增强效果作了定量评价.结果表明利用三次对数多项式回归即可精确地重建本次实验的原始热像,同时能有效地克服复合材料层压板脉冲热像检测中随机噪声和加热不均效应对缺陷识别的干扰;经过数据重建后所作的数字图像比原始热像有更高的缺陷显示度或分辨力,其中以三次对数多项式回归公式中的二次项系数所作的数字图像的信噪比最大.     

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。     

红外脉冲相位热像检测效率提高方法

为提高脉冲相位热像法(PPT)温度序列相位的计算速度和检测效率,对传统的傅里叶变换(FFT)进行优化,提出了适用于PPT的相位快速计算方法,使运算速度提高了1.9~12.4倍。为确定相位算法中温度序列的最佳采样长度和频率分量,结合热扩散深度公式提出了最佳采样长度估算公式。对铝合金试件和钢材料试件进行了脉冲相位热波检测,当缺陷检测效果最佳时,热图序列最佳采样长度分别为1.1 s和3.9 s,基频相位差有最佳的缺陷分辨能力。结果表明:该算法显著提高了相位计算速度,量化的最佳采样长度估算公式能直接确定热图采样长度,减少了操作的主观性和参数设置的随机性,有效提高了脉冲相位热像检测效率。     

蜂窝结构积水的脉冲相位红外成像检测

采用脉冲相位红外辐射无损检测法对蜂窝复合材料积水进行了检测研究,试验分别采用双面透射法和单面反射法进行,获得了最大温度对比度图像、振幅图及相位图,采用对比度对不同图像缺陷清晰度进行对比。给出了透射、反射测量中温度、相位变化曲线,对两种检测方法最大温度对比度出现时间、对比度进行了比较,揭示了各自特点。     

超声红外锁相热像技术检测金属板材表面裂纹

超声红外锁相热像检测法是超声波激励与红外锁相热像检测技术相结合的一种红外无损检测方法。采用超声红外锁相热像检测法实现对金属板材构件接触界面类缺陷的检测,分析超声波激励构件缺陷的选择性加热过程。通过有限元仿真模型对热流在金属板材内部的热传导过程进行研究并分析超声激励参数对检测结果的影响;利用所建立的超声红外锁相检测系统对预制金属板材构件接触界面类缺陷中的裂纹缺陷进行检测实验,验证有限元模型的有效性。研究结果表明,加载中心位置远离缺陷时,裂纹缺陷幅值降低,相位不变;超声激励振幅（即初始静压）增加,缺陷处的幅值升高,相位基本保持不变;超声调制频率增加,缺陷处幅值降低,相位升高。通过对比仿真结果与实验结果发现,所建立的仿真模型能够较好地预测检测过程中的热流传递,并且能够用于超声红外锁相热像技术检测金属板材接触界面类缺陷检测结果的预测,为超声红外锁相热像技术激励参数的选择提供了指导。     

激光辐照树脂基复合材料的一维温度场模拟

为了解决激光辐照树脂基复合材料时热解热和移动热解面给温度场求解带来的难题,通过修正处理相变问题的热焓法,建立了连续激光辐照树脂基复合材料的一维温度场模型,简化了求解过程。在此基础上采用“历史最高温度点追踪法”对热焓法模型进行了进一步修正,使之能够解决脉冲激光辐照复合材料时温度双向变化与热解过程不可逆之间的矛盾,从而对脉冲激光辐照的情况也能适用。用有限差分方法进行离散后,编写了FORTRAN程序求得数值解。计算结果与实验结果基本相符,最后模型分析了脉冲激光参量对树脂基复合材料温升的影响。     

涡流脉冲热像技术中检测条件的粒子群优化

涡流脉冲热像检测中的检测条件优化是最大化裂纹区域生热量以充分发挥检测系统性能的重要保证。针对检测条件选择人工依赖性强等问题,以含有特定尺寸疲劳裂纹的金属平板试件为研究对象,采用仿真和实验相结合的方法,分析了检测条件对裂纹热响应的影响特点,结果表明:裂纹热响应随着激励时间、激励强度的增加而增强;随着提离距离的增加呈现先增强后减弱的趋势。基于仿真与实验结果,提出了一种用于估算特定检测条件下裂纹热响应的多元非线性回归模型,确定了裂纹热响应与不同检测条件之间的定量化关系。最终引入粒子群优化算法进行了检测条件优化,给出了热响应分布图和检出概率分布图。研究成果为涡流脉冲热像检测中的检测条件优化提供理论指导。     

耐热合金涂层结构板材内部缺陷的脉冲红外热成像检测

为探索脉冲红外热成像技术用于检测耐热合金涂层结构内部缺陷的方法,采用有限元仿真和实验研究相结合的方法,对含有盲孔缺陷的耐热合金涂层结构试件进行检测研究。通过有限元仿真分析脉冲热流在被测构件中的传递过程,为检测实验中采样频率和采样时间的确定提供理论依据。利用高能脉冲闪光灯作为激励源对试件进行加热,通过FLIR SC7000系列红外热像仪采集图像序列,采用FCA法、PPT法和PCA法对原始图像序列进行处理。实验结果表明,在给定检测参数下,PPT法和PCA处理后的图像信噪比显著增强,可实现耐热合金涂层结构内部缺陷的可靠检测。     

基于红外脉冲相位热成像技术的玻璃钢深度测量

为探索红外热成像技术用于玻璃钢材料厚度测量的方法,文中使用闪光灯脉冲激励热成像的方法对玻璃钢平底洞标准件进行检测,通过脉冲相位法(PPT)进行数据处理,提取频域信息、消除噪声,并在试验设备采样频率不能满足盲频测量要求的限制条件下,建立相位阈值,完成了厚度测量。试验结果表明,玻璃钢试件的物理特性会对测量结果造成误差,但经数值优化后可在一定厚度范围内得到和实际深度接近的探测值,该方法可以作为玻璃钢厚度测量的有效手段。     

红外图像序列处理的锁相热成像理论与试验

红外锁相热成像技术是一种基于热波信号处理的主动式红外热成像技术,特别适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测.阐述了红外锁相热成像技术的原理,采用有限元方法对正弦规律变化的热流在构件中的传递过程进行了分析.利用正弦规律调制光源作为热激励源对不同材料的试件加载,通过Jade MWIR 550焦平面红外热像仪进行图像序列的采集,深入研究了图像序列数字滤波算法,并采用Savitzky-Golay数字平滑滤波算法消除了高频噪声的影响,在此基础上,利用FFr算法得到了热波信号的幅值与相位图像,并采用Visual C++平台开发了基于图像序列处理的红外锁相软件检测系统.试验结果表明,通过选取适当的激励加载频率可准确获得缺陷特征.     

基于脉冲红外热像法的表面下识别的有限元模拟

利用ANSYS有限元分析软件对不锈钢平底孔两种深度4种缺陷试件进行建模,施加单面热流,模拟了脉冲红外热成像检测过程。计算被检不锈钢表面的温度变化和分布,提取相应缺陷表面对应区域的降温曲线,计算不锈钢缺陷界面热反射系数,并与实际脉冲红外热成像用于表面下识别检测实验结果进行对比。考察了有限元分析方法用于表面下缺陷类型识别的可行性,为进一步进行脉冲红外热成像用于表面下识别检测提供借鉴。     

基于红外热像技术的缺陷复合材料损伤演化研究

对分层缺陷复合材料进行静拉伸实验,采用红外热像仪监测了试件表面的温度变化,研究了整个过程中试件温度变化的规律、损伤演化过程、热耗散与损伤过程的关系。结果表明,试件表面的温度先线性下降,后持续升高;当试件温度下降到最低点时对应的应力值是试件屈服的极限值;分层缺陷处最先出现热源点,随着时间的变化,热源范围越来越大;有分层缺陷的复合材料的热耗散因子为55%。红外热像技术能够监测缺陷复合材料的损伤,有利于复合材料的工程应用研究。     

CFRP/Al蜂窝结构缺陷巴克编码热波检测及匹配滤波

CFRP/Al蜂窝板构件长期服役于恶劣环境,易引发脱粘和积水等涉及运行安全的缺陷。以同时含有脱粘和积水缺陷的CFRP/Al蜂窝复合板材为检测试件,运用巴克编码调制脉冲压缩信号驱动卤素灯作为外部激励源,用红外热像仪采集试件表面的红外热图序列。设计并运用三维匹配滤波器对所采集的图像序列进行处理,在4种不同量化方式的条件下,获得有关脱粘和积水缺陷的8个热波响应结果,并对这些结果进行多角度对比分析及信噪比评估。结果表明:巴克编码激励具有调制简单、易实现等优势,结合三维匹配滤波器可有效抑制红外热图背景噪声和提高信噪比,能实现在低功率热激励条件下对复合材料内部脱粘和积水缺陷的有效检测。     

涡流脉冲热像检测中疲劳裂纹的检出概率

在涡流脉冲热像检测中,检出概率是评价检测可靠性的最重要的指标之一。通常,检出概率是指在特定检测条件下特定尺寸的缺陷被检出的概率。首先,以含有不同尺寸疲劳裂纹的金属平板试件为研究对象,通过正交试验方案设计,完成了对不同检测条件下不同尺寸裂纹试件表面热响应信号的提取;然后,采用线性回归模型建立了裂纹区域的热响应信号与裂纹尺寸的定量化关系,并采用极大似然估计法给出了裂纹检出概率模型中的具体参数;最后,基于Wald方法求得了检出概率的置信区间,并绘制了检出概率曲线。研究成果可为涡流脉冲热像检测的可靠性评估提供量化依据。     

半透明材料红外热像检测的光谱特性和光源选择

对半透明材料的光激励红外检测，其热激励机理与不透明材料不同，试件的吸热依赖于材料的光学特性和光源的辐射光谱。基于半透明材料的光谱特性，提出了体加热的物理机制和建模方法。为了获得材料的光谱吸收率，测试了不同厚度下玻璃纤维复合材料在一定波长范围内光的反射率和透射率。以色温模型来描述加热灯的光谱特性，用有限单元法分析了闪光灯色温对缺陷检测效果的影响，给出了可检信息参数（最大温差和最大对比度）与闪光灯色温的关系。结果表明，最大温差和最大对比度与色温呈非线性关系，它们随色温升高先减小后增大，因此低色温和高色温闪光灯对半透明复合材料检测更有利。所得结论为半透明复合材料的闪光灯激励红外检测提供了理论参考。