脉冲红外热成像与锁相热成像.pdf

中文摘要中文摘要在脉冲热成像技术中，待测物体被一瞬时能量脉冲加热，可以是光脉冲，漏电流或者是超声脉冲，热像仪采集试件表面的热响应，最后通过计算机处理可以得到反映不同缺陷的热图脉冲热成像技术在微小缺陷，应力分布，大面积检测等方面检测能力有限，而且脉冲热成像技术需要待测物体表面平坦，试件表面发射系数均匀这些因素都限制了脉冲热成像技术的应用，因此本文引入锁相热成像技术，可以较好的解决以上问题针对材料中微小缺陷检测的锁相热成像技术使用的是单频热源，提取的是热变化信号的幅度和相位相位的优势是它不受热源加热不均匀性和试件表面发射系数不同的影响本文重点讨论锁相热成像技术，包括光锁相技术热成像技术和超声锁相热成像技术文章从理论上分析了锁相热成像技术的基本原理，并在理论的基础上，研制了实验室拥有自主知识产权的锁相热成像装置，且成功应用于不同材料的检测，取得了较好的效果最●后讨论并比较两种热成像技术的优缺点关键字：无损检测，红外热波，脉冲热成像，锁相技术热成像，超声英文摘要A b s t r a c tW i t hp u l s et h e r m o g r a p h y ，t h ee x a m i n e dm a t e r i a li sw a r m e du pw i t has h o r te n e r g yp u l s e( 1 i g h t ，e d d yc u r r e n t , o ru l t r a s o n i cp u l s e ) a n dt h eh e a tr e s p o n s ei sr e c o r d e da f t e rac e r t a i nt i m e ．T h er e s u l ti sa ni n 疳a r e di m a g ew h i c hi n d i c a t e sm a t e r i a l & f e c t si l ld i f f e r e n td e p t h s ．S i n c eP u l s e dt h e r m o g r a p h yh a si t sl i m i t a t i o ni nd e t e c t i n gf a i n tf a t i g u e ，s t r e s sc o n c e n t r a t i o na n dl a r g es c a l et e s t i n g ．w h e nu s i n gp u l s e dt h e r m o g r a p h y , l o c a lv a r i a t i o n so fi l l u m i n a t i o na n ds u r f a c ee m i s s i v i t ys h o u l da l s ob es t r i c t l yr e q u i r e dA l lt h e s ef a c t o r sl i m i tt h ea p p l i c a t i o no fp u l s e dt h e r m o g r a p h y , S ow ei n t r o d u c el o c k - i nt h e r m o g r a p h yw h i c hc a ns o l v ea l lt h e s ed i f f i c u l t i e sm e n t i o n e da b o v e ．R e m o t em a t e r i a lt e s t i n gw i t I lm o n o f r e q u e mt h e r m a lw a v e sb yL o c k - I nT h e r m o g r a p h yU S e Ss i n u s o i d a l l ym o d u l a t e de x c i t a t i o ns i g n a l si no r d e rt od e r i v ei n f o r m a t i o nf r o mt h eo b s e r v e dp h a s ea n dm a g n i t u d eo ft h i sw a v e ．1 1 1 ep h a s ea n g l eh a st h ea d v a n t a g et h a ti ti si n d e p e n d e n to fl o c a lv a r i a t i o n so fi l l u m i n a t i o no ro fs u r f a c ee m i s s i v i t y ．H o w e v e r , i ft h et h e r m a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h em a t e r i a la l eu n k n o w no rf fd e f e c t si nd i f f e r e n td e p t h sh a v et ob ed e t e c t e d ，t h e nt h ep h a s ei m a g e sh a v et ob et a k e na td i f f e r e n tf r e q u e n c i e sw h i c hc 凋t u s e ss e v e r a lm e a s u r e m e n t s ．T 1 1 i sp a p e rw i l le m p h a s e sm a i n l yo nl o c k - i nt h e r m o g r a p h y ．T h ep a p e rg i v e sb a s i cp r i n c i p l e so fl o c k - i nt h e r m o g r a p h y , b a s eo nt h o s ep r i n c i p l e s ，w ei n v e n t e do u ro w nl o c k - i ns y s t e m ，w i t hw h i c hw eh a v et e s t e dd i f f e r e n tk i n do fm a t e r i a l ss u c c e s s f u l l y ．F i n a l l y , a d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fb o t hP u l s e dt h e r m o g r a p h ya n dL o c k i nt h e r m o g r a p h ya r ep r e s e n t e d ．K e yw o r d ：n o n d e s t r u c t i v et e s t i n g , I n f r a r e dt h e r m a l ，p u l s e dt h e r m o g r a p h y , l o c k - i nt h e r m o g r a p h y ,u l t r a s o n i cⅡ图与表格清单图3 ．1 红外热成像原理 图姐半无穷大介质图与表格清单图3 - 3 脉冲加热方式下半无穷大介质 图¨镜象法示意图1 41 5一1 6图3 _ 5 半无限大介质与有限厚度表面温度对比度分析模型图％脉冲激励红外热波检测装置1 71 7，1 92 22 32 4图3 ．7 脉冲激励红外热波检测热图序列示意图图3 - 8 闪光灯遮罩示意图图3 _ 9 物质内部特性影响表面温度分布示意图图3 - 1 0 闪光灯脉激励红外热波检测系统工作原理图3 - 1 1 超声锁相热成像的系统组成图3 - 1 2 调制超声与缺陷作用机理图3 - 1 3 光锁相原理示意图图3 - 1 4 装置实物图．2 52 52 62 7．2 82 8图4 _ l 积分法处理流程 图化8 点H 呵原理图4 ．3F F T 程序界面2 93 3图5 ．1耦合电路⋯————⋯3 5图5 - 2 模拟实验原始热图一图5 - 3 模拟实验幅度图图图“模拟实验相位图图3 63 63 73 8图6 l 不锈钢激光焊接件实物图( 正面) 图砚6 0 w 热源实验原始热图图6 - 32 7 5 w 热源实验相位图一．3 8图¨2 7 5 w 热源实验原始热图图6 - 52 7 5 w 热源实验幅度图 图硒2 7 5 w 热源实验相位图3 83 93 93 9图6-7热源控制原理图⋯————⋯40图7-l涂层试件可见光照片——⋯⋯一———40图7-2频率为0．64Hz,0．67Hz,0．70Hz的幅度图——⋯——一42 图7 - 3 频率为O ．6 4 H z , 0 ．6 7 H z , 0 ．7 0 H z 的相位图——————————————————- 4 2图7 —4l拌至铺试件可见光图(正面和反面)⋯——43图7 - 55 群至蒯试件可见光图( 正面和反面) —————4 4图7 巧l 拌试件原始热图—————————————————————————————．4 4V I图与表格清单图7 - 71 群试件幅度图和相位图————～————————————4 4图7 - 82撑试件原始热图——．————————————～44图7 - 9硝试件幅度图和相位图——一——————一一4 5图7 - 1 0 3撑试件原始热图一～一———————一—45图7 - 1 13 撑试件幅度图和相位图．—一一——4 5图7 ．1 25群试件原始热图⋯——⋯一—45图7 - 1 35 撑试件幅度图和相位图————一4 6图7 - 1 4 7 撑试件原始热图—————一～——4 6图7 - 1 5硝试件幅度图和相位图—————————————————4 6图7 - 1 68 撑试件原始热图一—一—～- 4 6图7 - 1 78 群试件原始热图⋯⋯————一——4 7图7 - 18 激光焊接实验相位图对比⋯⋯——⋯_ 4 7 图7 - 1 9 电路板可见光图⋯一⋯一————一——4 9图7-20普通镜头下热图⋯～⋯一一．49图7 - 2 l图7 _ 2 2图7 也3图7 - 2 4图7 艺5图7 乏6图7 之7图7 乏8图7 - 2 9穿透能力检测原始热图5 0图7 - 3 0 电路板3 撑缺陷原始热图图7 - 3 1 电路板3 撑缺陷幅度图-图7 - 3 2 电路板3 j } 缺陷相位图．图7 - 3 3C ／S i C 喷管可见光照片5 25 25 3．5 35 5图7 - 3 4 喷管检测的原始热图和相位图图7 - 3 5 机翼检测幅度图．图7 - 3 6 机翼检测相位图．5 5．5 45 7图7 - 3 7l 拌碳纤维板冲击损伤检测结果图7 - 3 82 群碳纤维板冲击损伤检测结果————5 8图7 - 3 93 群碳纤维板冲击损伤检测结果5 8图8 ．1 热像仪所接收的红外辐射示意图————————_—一“图8 - 2 镜面反射影响示意图——————————————————————确Ⅶ图与表格清单表l - I表7 ．1五种常规的检测方法与红外热波无损检测方法5焊接试件焊接参数⋯————_ 4 3Ⅷ声明首都师范大学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担学位论文作者签名：徐叫1日期：2 0 0 8 年4 月5 日首都师范大学位论文授权使用声明。