紅外熱成像檢測技術的應用和展望

1、.紅外熱成像檢測技術的應用和展望摘要：無損檢測，是指在不會對材料或元件的有效性或可靠性造成損害的前提下，對其內部的異性結構(缺陷或損傷)進行探測、定位、識別及測量的一種實用性技術。紅外熱成像技術是在紅外探測器、微電子和計算機技術的基礎上發(fā)展起來的，屬于綜合性高新技術，該技術正朝著快速掃描、非致冷、焦平面陣列式接收、計算機圖像處理的方向發(fā)展， 利用便攜式筆記本電腦控制的系統(tǒng)正日趨完善。關鍵詞：無損檢測；熱成像技術；應用；發(fā)展趨勢紅外熱成像無損檢測技術(又稱紅外熱波無損檢測技術)，是一門跨學科的技術，它的研究和應用，對提高航空航天器，多種軍、民用工業(yè)設備的安全可靠性具有重要意義。1.紅外熱成像檢測

2、技術的原理紅外熱成像無損檢測技術的基本原理是利用被檢物的不連續(xù)性缺陷對熱傳導性能的影響，使得物體表面溫度不一致，即物體表面的局部區(qū)域產生溫度梯度，導致物體表面紅外輻射能力發(fā)生差異。借助紅外熱像儀探測被檢物的輻射分布，通過形成的熱像圖序列就可推斷出內部缺陷情況。從理論上分析可知，材料或構件因內部缺陷將導致局部力學性能的強度改變，由于材料內部結構的不連續(xù)性，這種缺陷將引起材料或構件的熱傳導不連續(xù)，致使材料或構件的溫度梯度不同，因而顯現(xiàn)出的紅外熱圖像也有所不同。通過研究被檢測材料的內部缺陷及結構力學性能，找出其熱傳導特性與紅外熱圖像之間的關系和機理，根據顯示圖像的溫度梯度就可以確定缺陷的位置和范圍，

3、由溫度梯度隨時間變化的速率可以確定缺陷的深度。采用紅外熱成像技術進行檢測的特點是不受材料的幾何結構及材質的限制，可以實現(xiàn)非接觸、大面積的檢測。2.紅外熱成像檢測技術的分類根據探測方式不同，紅外熱成像檢測技術可劃分為透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根據引起溫差的方式不同，可劃分為主動式和被動式。主動式紅外熱成像檢測技術可以對物體表面進行快速、準確的檢測，并具有直觀、非接觸、單次檢測面積大等特點。根據主動式激勵源不同，主要劃分脈沖紅外熱成像檢測技術、鎖相紅外熱成像檢測技術和超聲紅外熱成像檢測技術等。2.1脈沖紅外熱成像檢測技術脈沖紅外熱成像技術是一種集光、機、電為一體的非接觸式無損檢測方法，

4、也是目前研究最多和最成熟的方法之一。工作原理如圖1所示:以高能脈沖閃光燈作為激勵熱源，熱流在被測構件內部傳導過程中，若構件內部存在缺陷或損傷，則使得物體內部熱分布將存在不連續(xù)性結構，從而導致其缺陷或損傷處的表面溫度與無缺陷或損傷處有明顯不同。圖1沖紅外熱成像檢測技術的工作原理脈沖紅外熱成像檢測方式雖然簡單實用，但是也存在著一些缺點：適于檢測平板類構件，對于復雜結構構件檢測存在困難；對熱源的均勻性要求非常高；檢測構件厚度有限，當檢測厚度較高的構件時，難以顯示缺陷結果。2.2鎖相紅外熱成像檢測技術鎖相紅外熱成像檢測技術的工作原理，如圖2所示。由函數(shù)發(fā)生器控制激勵熱源發(fā)出按照正弦規(guī)律變化的光源強度，

5、光源的熱輻射對被測構件進行加熱，采用紅外熱像儀采集構件表面的溫度信息。鎖相的目的在于從干擾信號中提取特定頻率的有用信號，分析其存在的差異，從而實現(xiàn)對缺陷特征的判定與識別。圖2相紅外熱成像檢測技術的工作原理鎖相紅外熱成像技術與常規(guī)的脈沖紅外熱成像技術相比，主要有以下優(yōu)點：不受加熱不均的影響；相位圖與構件表面發(fā)射率無關；加熱的溫度較低，不會導致材料表面發(fā)生損傷；根據鎖相頻率和相位延遲，即可求出缺陷深度。此外，相位檢測與幅值檢測相比，在熱像儀精度確定的情況下，能顯著提高缺陷的探測能力和測量精度。2.3超聲紅外熱成像檢測技術超聲紅外熱成像檢測技術將超聲激勵技術與紅外熱成像技術相結合，其原理，如圖3所示

6、。利用低頻超聲脈沖波作用在構件表面上，利用其特定的振動激勵源促使物體內部產生機械振動，使得缺陷部分因熱彈和滯后效應導致聲能在物體中衰減而轉化成熱能，通過紅外熱像儀對構件表面溫度變化情況進行捕捉和采集。通過觀察紅外熱像儀所記錄下來的溫差，借助于計算機對時序熱圖進行處理，即可實現(xiàn)對構件內部缺陷的判定與識別。圖3超聲紅外熱成像檢測系統(tǒng)的工作原理超聲紅外熱成像技術與脈沖紅外熱成像等其他表面加熱的檢測方式相比，其檢測靈敏度更高。超聲紅外熱成像技術可對物體更深的亞表面裂紋進行檢測，還可用于對復合材料內部分層或脫粘進行檢測。超聲紅外熱成像的實驗系統(tǒng)比較復雜，操作時需要小心謹慎，避免不必要的損傷和浪費。3.紅

7、外熱成像檢測技術的應用外熱成像技術因能快速、實時、直觀地檢測零件的損傷，所以應用廣泛,可應 用于航空設備檢測、復合材料的檢測、襯里損傷診斷、電力設備的故障診斷等。3.1在電氣領域的應用測試對象主要包括變電所空壓機互感器接頭、分電箱導線接頭、變壓器零線接頭、供電廠照明線接頭、電車隧道電纜過載、空氣開關接頭和高壓線電纜中間接頭溫度的測試等。通過對變電站和輸電線路的定期測溫，排除了大量的安全隱患，有效避免了不必要的損失，為工廠的安全運行提供了重要保障。3.2在土木工程領域的應用隨著紅外熱成像檢測技術的日新月異，其在土木工程領域中的應用也有了很大發(fā)展。尤其在建筑物外墻飾面施工質量檢測技術日趨成熟。通過

8、采集外墻表面的溫度場變化，可為判斷飾面工程質量提供一種途徑。3.3在航天航空領域中的應用發(fā)動機渦輪葉片是飛機中能量轉換的關鍵部件，在燃氣沖擊下高速旋轉，不但承受變化巨大的各種應力，還受到高溫氧化等作用，所以準確高效的檢測渦輪葉片的缺陷，對于預防危害性故障，提高飛機運行安全有著重要意義問。文獻川以熱風作為激勵源，對正常和故障葉片分別進行相同的持續(xù)激勵，然后用紅外熱像儀記錄葉片表面的溫度變化情況。4.紅外熱成像檢測技術的展望紅外熱成像技術的發(fā)展以紅外探測器的發(fā)展為標志，可以從紅外探測器的發(fā)展來推斷其發(fā)展趨勢：以“二代”焦平面陣列的實用化，批量生產，大量裝備為重點， 解決各種不同功能要求的圖像處理和

9、智能化、自動化問題，提高非制冷焦平面陣列規(guī)模和水平，與應用密切配合，解決應用中出現(xiàn)的問題；發(fā)展應圍繞“第三代”焦平面陣列，著重基本技術問題的研究解決， 包括外延材料生長大規(guī)模高密度器件工藝、非均勻性校正、可低溫工作的信號處理電路、互聯(lián)耦合技術、測試評價技術、圖像處理和智能化等技術關鍵問題，以縮小整機體積，并增強功能；進一步應探索新型材料器件的研究開發(fā)，從能帶工程出發(fā)，設計研究新型焦平面陣列材料和器件；竭力提高成品率，降低價格，擴展紅外熱成像技術的應用領域及應用價值?？v觀現(xiàn)代各種無損檢測技術， 均要求對零件的損傷進行快速、 準確的檢測與評估， 因此，紅外熱成像技術未來也要朝著快速、準確的方向發(fā)展

10、， 其具體發(fā)展方向有以下幾點：（1）從定性到定量的轉變；(2)采取多樣化的激勵方式， 實現(xiàn)更加快速、 準確的檢測；（3）嘗試各種先進 的信息處理方式，得到更加精確的零件損傷信息；（4）為適應現(xiàn)場檢測的要求，向便攜式方向發(fā)展。5總結紅外熱成像技術歷經多年的發(fā)展， 已從當初的機械掃描機構發(fā)展到了今天的全固體、小型化、全電子、自掃描凝視攝像，紅外熱成像技術正走向輝煌，同時，我們應清醒的認識到，紅外熱成像技術， 已經走上了一條充滿挑戰(zhàn)的發(fā)展道路，要想發(fā)展，必須解決許多問題，以提高靈敏度，增加識別距離，降低成本。參考文獻1戴景民,汪子君.紅外熱成像無損檢測技術及其應用J.自動化技術與應用,2007,26

11、(1)：21戴景民,汪子君紅外熱成像無損檢測技術及其應用J.自動化技術與應用,2007,26(1)：23蔣玉龍.激光鎖相紅外無損檢測技術研究及系統(tǒng)研制D北京：首都師范大學，20104馮輔周,張超省,江鵬程.超聲紅外熱像技術中缺陷的自動識別J.激光與紅外，2012，42(10):114911535劉新業(yè),常大定,歐陽倫多.紅外熱成像在電氣設備維護中的應用J.紅外與激光工程,2002,31(3):220-2246 楊繼俊.紅外探測器發(fā)展述評J.激光與紅外,2006,36(12):1098-1102.7 呂宇強.熱紅外探測器的最新進展J.壓電與聲光,2006,28(4):407-410.8繆鵬程,洪毅,張仲寧,等.紅外熱像儀在超聲紅外熱像技術中的應用J.激