紅外熱成像檢測技術(shù)的應用和展望

紅外熱成像檢測技術(shù)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(nèi)部的異性結(jié)構(gòu)(缺陷或損傷)進行探測、定位、識別及測量的一種實用性技術(shù)。紅外熱成像技術(shù)是在紅外探測器、微電子和計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，屬于綜合性高新技術(shù)，該技術(shù)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(guān)鍵詞：無損檢測；熱成像技術(shù)；應用；發(fā)展趨勢紅外熱成像無損檢測技術(shù)(又稱紅外熱波無損檢測技術(shù))，是一門跨學科的技術(shù)，它的研究和應用，對提高航空航天器，多種軍、民用工業(yè)設(shè)備的安全可靠性具有重要意義。1.紅外熱成像檢測技術(shù)的原理紅外熱成像無損檢測技術(shù)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(chǎn)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(nèi)部缺陷情況。從理論上分析可知，材料或構(gòu)件因內(nèi)部缺陷將導致局部力學性能的強度改變，由于材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性，這種缺陷將引起材料或構(gòu)件的熱傳導不連續(xù)，致使材料或構(gòu)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(nèi)部缺陷及結(jié)構(gòu)力學性能，找出其熱傳導特性與紅外熱圖像之間的關(guān)系和機理，根據(jù)顯示圖像的溫度梯度就可以確定缺陷的位置和范圍，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(shù)進行檢測的特點是不受材料的幾何結(jié)構(gòu)及材質(zhì)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(shù)的分類根據(jù)探測方式不同，紅外熱成像檢測技術(shù)可劃分為透射式和反射式，其中反射式更便于使用；根據(jù)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(shù)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(jù)主動式激勵源不同，主要劃分脈沖紅外熱成像檢測技術(shù)、鎖相紅外熱成像檢測技術(shù)和超聲紅外熱成像檢測技術(shù)等。2.1脈沖紅外熱成像檢測技術(shù)脈沖紅外熱成像技術(shù)是一種集光、機、電為一體的非接觸式無損檢測方法，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(gòu)件內(nèi)部傳導過程中，若構(gòu)件內(nèi)部存在缺陷或損傷，則使得物體內(nèi)部熱分布將存在不連續(xù)性結(jié)構(gòu)，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(shù)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(gòu)件，對于復雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件檢測存在困難；對熱源的均勻性要求非常高；檢測構(gòu)件厚度有限，為判斷飾面工程質(zhì)量提供一種途徑。3.3在航天航空領(lǐng)域中的應用發(fā)動機渦輪葉片是飛機中能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件，在燃氣沖擊下高速旋轉(zhuǎn)，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(shù)的展望紅外熱成像技術(shù)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(chǎn)，大量裝備為重點，解決各種不同功能要求的圖像處理和智能化、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(shù)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(shù)、測試評價技術(shù)、圖像處理和智能化等技術(shù)關(guān)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(shè)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(shù)的應用領(lǐng)域及應用價值。縱觀現(xiàn)代各種無損檢測技術(shù)，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(shù)未來也要朝著快速、準確的方向發(fā)展，其具體發(fā)展方向有以下幾點：（1）從定性到定量的轉(zhuǎn)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(jié)紅外熱成像技術(shù)歷經(jīng)多年的發(fā)展，已從當初的機械掃描機構(gòu)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(shù)正走向輝煌，同時，我們應清醒的認識到，紅外熱成像技術(shù)，已經(jīng)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(shù)及其應用[J].自動化技術(shù)與應用,2007,26(1)：2．[1]戴景民,汪子君．紅外熱成像無損檢測技術(shù)及其應用[J].自動化技術(shù)與應用,2007,26(1)：2．[3]蔣玉龍.激光鎖相紅外無損檢測技術(shù)研究及系統(tǒng)研制[D]．北京：首都師范大學，2010．[4]馮輔周,張超省,江鵬程.超聲紅外熱像技術(shù)中缺陷的自動識別[J].激光與紅外，2012，42(10):1149—1153．[5]劉新業(yè),常大定,歐陽倫多.紅外熱成像在電氣設(shè)備維護中的應用[J].紅外與激光工程,2002,31(3):220-224．[6]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(shù)中的應用[J].激光與紅外2003,33(2),132.[9]吳斌，鄧菲，何存富．超聲導波無損檢測中的信號處理研究進展[J].北京工業(yè)大學學