基于对数二阶微分峰值法的缺陷深度测量研究

红外检测中定量分析方法常以特征时间和缺陷深度的关系为基础.本文预设6个平底洞的不锈钢为实验试件,选取一种不需要参考区域的PSDT法进行测厚计算.以对数温度曲线的二阶微分峰值时刻作为特征时间,利用特征时间与试件深度的平方成正比关系,达到测厚的目的.用VC软件编程实现任意点的数据计算,先用最小二乘多项式的方法拟合数据,再计算对数温度-对数时间的二阶微分峰值时刻,将结果用图形直观精确地显示出来,最终实现缺陷深度的自动测量.     

透射法的红外热波缺陷定量检测研究

脉冲红外热波检测是一种新兴的无损检测技术,通常采用反射型激励方式。针对反射法缺陷深度检测误差大的不足,系统分析了透射法的红外脉冲热波定量检测缺陷深度。通过分析材料在脉冲热激励下的一维热传导模型,探讨了缺陷深度的红外测量原理。利用表面温度一阶微分峰值时间法建立特征时间与缺陷深度的关系,实现对缺陷深度的定量检测。以PVC板人工楔形槽缺陷为例,采用透射法与反射法对比实验分析缺陷深度的测量误差。结果表明,反射法在对缺陷进行定量计算时需要选取参考区域,而透射法对数据的处理不依赖参考区域,避免参考区域所带来的误差。透射法直接加热缺陷面,响应时间短,通过求解缺陷处的特征时间计算缺陷深度,检测精度得到大幅度提高。     

基于对数二阶微分峰值法的缺陷深度测量研究

红外检测中定量分析方法常以特征时间和缺陷深度的关系为基础。本文预设6个平底洞的不锈钢为实验试件,选取一种不需要参考区域的PSDT法进行测厚计算。以对数温度曲线的二阶微分峰值时刻作为特征时间,利用特征时间与试件深度的平方成正比关系,达到测厚的目的。用VC软件编程实现任意点的数据计算,先用最小二乘多项式的方法拟合数据,再计算对数温度－对数时间的二阶微分峰值时刻,将结果用图形直观精确地显示出来,最终实现缺陷深度的自动测量。     

红外热波技术在热障涂层厚度检测上的应用研究

为快速准确地测量热障涂层厚度,采用基于热图序列特征时间的闪光灯激励红外热波测量方法,通过建立半无限大和有限厚度两种平板传热模型,提出根据热障涂层表面温度对数曲线线性回归时间选择二阶微分曲线负峰值时间的方法,解决了采用普通帧频热像仪采集的涂层表面温度曲线二阶微分负峰较多,无法确定特征峰值时间的困难,热障涂层厚度测量相对误差小于10%,满足工程应用要求。     

缺陷尺寸对红外热波技术缺陷深度测量的影响研究

缺陷深度测量是脉冲红外热波技术定量测量的一个重要应用,常用的几种测厚方法都是基于一维热传导模型。而实际测厚都是针对有限缺陷尺寸,因而三维热扩散会对深度测量产生一定影响。文中以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例,采用脉冲红外热波技术作为实验方案。提取所获得的热图序列不同缺陷宽度位置处热波降温数据,利用这些数据近似模拟不同深度缺陷在相同缺陷尺寸时受到不同程度的三维热扩散影响。通过研究一维热传导理论模型分析了3种常用方法的测厚原理,并建立了测厚特征时间与缺陷深度平方线性关系。结果表明:缺陷尺寸对各线性关系的斜率和截距均有影响,且热扩散系数较小材料的斜率明显大于热扩散系数较大材料。     

基于遗传算法的亚表面缺陷热波散射反问题

红外热波检测技术被应用于零部件或设备内部缺陷及故障的检测与定量识别。本文建立了半无限材料中圆柱绝热缺陷在超短激光脉冲辐照下的非傅里叶热传导波动模型,在采用波函数展开法和镜像法研究热波散射正问题的基础上,运用遗传算法对亚表面缺陷深度进行反演,实际测量温度取热波散射正问题计算得到的材料表面温度,并且分析讨论了测温点数目、入射频率等因素对反演结果的影响。数值实验结果证明了该方法的有效性。与L-M法和共轭梯度法相比,该方法在反演的精度及速度上都有较为良好的表现。     

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。     

脉冲红外热波用于半透明涂层厚度测量

为了快速、准确地测量半透明涂层的厚度,提出了一种基于脉冲红外热波的测量方法。建立了半透明涂层半无限大脉冲热传导简化理论模型和半透明涂层的脉冲红外加热双层物理模型,理论分析和数值计算结果表明:半透明涂层的厚度与表面温度的峰值时刻在对数坐标上呈现线性关系,利用这种线性关系可以直接测量半透明涂层的厚度,而不再需要在样品表面喷涂黑漆以避免半透明性的影响。实验上建立脉冲红外热波系统并制作了厚度连续变化的半透明涂层试件,得到的厚度误差小于5%。结果显示该技术具有快速和非接触式测量半透明涂层厚度的潜力。     

线性调频激励的红外热波成像检测技术

线性调频激励的红外热波成像检测技术是一种基于线性调制热波信号处理的主动式红外热成像技术,能够弥补传统红外锁相热像检测的单一调制热波只能探测相应扩散深度缺陷的不足,可准确检测不同深度范围内的缺陷形状及尺寸。阐述了线性调频红外热波成像检测技术的原理、分析方法和实验。采用有限元方法对线性调频啁啾(Chirp)规律变化热流在构件中的传递过程进行了分析。利用相关算法计算了表面温度(热波)信号的相关峰值及其对应的时间,形成了表面温度相关峰值图像与峰值时间图像。利用Chirp规律调制卤素光源作为热激励源对金属平底孔试件进行激励加载,通过Jade MWIR 550 焦平面红外热像仪进行图像序列采集。分别利用时域相关处理与频域FFT扫描得到了表面温度(热波)信号的相关峰值及对应时间图像和不同频率下的相位图像。试验结果表明,在给定激励条件下,相关峰值图像和频域相位图像能够可靠地确定不同深度缺陷的几何特征。     

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。     

红外无损检测的数值模拟及其对比性研究

红外无损检测技术是一种新型的无损检测技术,具有非接触、检测面积大、检测速度快等优点,现已发展出许多有不同的检测方法,为了研究不同检测方法的优缺点,根据传热学的理论,对比分析红外无损检测的不同检测方法,建立了一个二维导热模型;并利用建立的模型,模拟计算出了试件在不同热激励条件下的温度场,在此基础上实现了对红外无损检测中的脉冲检测法、锁相检测法和脉冲相位检测法的数值模拟,从理论计算的角度比较了这三种红外无损检测方法的优缺点,得出了这三种红外检测技术的最佳使用范围,为红外无损检测的检测方法的选取提供了理论依据。     

卤素灯加热红外成像检测技术仿真研究

针对复合材料的红外成像无损检测问题,使用卤素灯作为激励源,配合非制冷红外热像仪搭建了检测系统,并针对该系统建立了仿真模型,应用Ansys软件对碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了仿真分析,给出了检测结果,得出了该系统的检测性能参数。应用该系统对实际的碳纤维复合材料平底洞试验样件进行了检测试验。结果表明,仿真分析与实际检测结果相符,性能参数分析准确。本文搭建的系统成本低、检测效果好,激励功率和作用时间容易调整,可应用于各类复合材料的无损检测领域。     

线性调频激励的红外无损检测及其数值模拟

线性调频激励的红外检测是一种新型的红外检测技术,能弥补传统红外检测方法存在的不足,对不同的缺陷都具有较好检测的能力,为了研究相位检测法在线性调频激励下的红外检测中的应用,利用有限体积法数值模拟计算出二维瞬态导热模型,得出所建立模型在线性调频激励条件下的温度场,利用FFT变换法对模拟计算得到的材料表面温度进行信号处理,从而得到相位变化信息,得出了Chirp 调制时间、加热强度、材料、缺陷深度、高度、以及宽度等因素对检测结果的影响,为线性调频激励下的红外检测法的应用提供理论支撑。     

二维内部缺陷的红外瞬态定量识别算法

内部缺陷的反问题定量识别是红外无损检测技术的重要内容,而红外稳态识别方法存在受误差影响大等缺点。文中对具有矩形内部缺陷的试件建立了二维物理和数学传热模型,通过有限体积法求解瞬态温度分布,分析了检测表面的温度分布规律,运用Levenberg-Marquardt法研究了瞬态情况下对缺陷的尺寸和方位进行定量识别的方法。数值算例证明了算法的有效性;初始假设等对识别结果的影响不大;最大检测温差越大,识别结果越准确;瞬态测温法便于得到较大的检测温差,有利于识别结果的准确性。     

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。     

超声红外锁相热像中金属疲劳裂纹的生热特性

超声红外锁相热像技术是一种将调制激励和锁相技术应用于红外热像检测的新型无损检测技术。针对缺陷生热及传热研究中存在的摩擦生热过程难以有效模拟、缺陷内部生热机理不清等理论问题,采用电-力类比方法,建立了含疲劳裂纹金属平板与超声激励系统的有限元模型,研究了调制超声激励下裂纹区域和裂纹面的生热特点,结果表明:在调制超声激励下,裂纹区域生热呈现出周期性上升的特点,因预紧力的作用,靠近激励同侧的裂纹面区域生热更明显。基于仿真分析和Green函数,建立了裂纹摩擦生热的传热理论模型,进一步探究了裂纹区域温度分布规律;最后利用被测平板上下表面温度比值（P值）对热源深度进行了估计,证明了仿真结果与理论计算的一致性。研究成果将进一步丰富超声红外锁相热像技术的理论基础。     

半透明性对闪光灯激励红外热像检测的影响

为了揭示玻璃纤维增强复合材料层合板的半透明性对闪光灯激励红外热像检测的影响机制,本文首先对玻璃纤维增强复合材料层合板的光学特性进行了定量测量和研究,发现该类材料具有明显的半透明性,依据反射比和透射比的测量结果,推算出吸收比和全吸收厚度。然后,针对分层缺陷和脱粘缺陷进行半透明模型和常规模型的建模对比分析,依据仿真结果明确了半透明性有可能减弱可检缺陷信号的强度,改变其变化规律,导致漏检。     

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。     

PLS的红外无损检测电磁激励的数学模型

主动式电磁激励红外无损检测中,电磁激励参数的选择是决定无损检测效果的重要因素之一.研究首先通过正交实验分析了激励功率、线圈总长、线圈等效直径、提离距离、激励时间等电磁激励参数对材料激励热效应的影响;基于偏最小二乘构建了各参数与材料激励热效应的数学模型,并分析了二者之间的关系;最后利用15组验证样本对模型进行了验证.研究结果表明;所构建数学模型的平均误差为9.79%,各激励参数中,提离距离对材料激励热效应的影响最大,其次分别为线圈总长、线圈等效直径、激励时间和激励功率.