[發明專利]脈沖紅外熱波技術定量測量方法

有效

• 申請號: 201110424379.5
• 申請日: 2011-12-16
• 公開（公告）號: CN102565124A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 曾智;王迅;陶寧;馮立春;張存林
• 申請（專利權）人: 首都師范大學;北京維泰凱信新技術有限公司
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/72;G01B11/22
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 孫皓晨;雷電

技術領域

本發明涉及無損探傷檢測技術領域，特別是涉及一種脈沖紅外熱波技術，利用脈沖紅外熱波技術在特定條件下測量缺陷深度、熱擴散系數或缺陷界面熱反射系數的方法。

背景技術

脈沖紅外熱波無損檢測技術是二十世紀九十年代后發展起來的一種無損檢測技術。此方法以熱波理論為理論依據，通過主動對被檢測物體施加脈沖熱激勵、并采用紅外熱像儀連續觀察和記錄物體表面的溫場變化，并通過現代計算機技術及圖像信息處理技術進行時序熱波信號的探測、采集、數據處理和分析，以實現對物體內部缺陷或損傷的定量診斷。本發明涉及一種利用反射式脈沖熱成像法在特定條件下測量缺陷深度、熱擴散系數或缺陷界面熱反射系數的方法。

脈沖熱成像法可實現缺陷深度、熱擴散系數或缺陷界面熱反射系數等參數的定量測量。其中，缺陷深度或者被測件厚度測量的相關測量方法較多。大部分深度測量方法都是通過獲得溫度時間曲線中的某特征時間進行計算，比如對比度峰值時刻方法、對比度一階微分峰值時刻方法、對數分離時刻法，以及二階溫度-時間對數曲線的峰值時刻方法。US6542849對溫度時間曲線中的相對線性較好區域進行擬合獲得其斜率，根據降溫理論公式可直接得到缺陷深度。

通過測量試件本底材料與缺陷界面熱反射系數可間接測量缺陷蓄熱系數，而目前對蓄熱系數的測量方法都是直接測量或者是測量多層結構材料的整體表觀蓄熱系數。脈沖熱波技術用于測量缺陷界面熱反射系數的方法較少，陶寧等人利用脈沖紅外熱波技術測量固體材料表面下缺陷的蓄熱系數，其方法需要缺陷和本底界面的熱反射系數及缺陷深度為已知的試件作為參考進行蓄熱系數測量，參考曲線的引入可能帶來額外誤差，同時在脈沖紅外熱波技術的大部分定量測量應用中不存在參數已知的參考曲線，該方法不適用。

熱擴散系數測量方法主要有穩態法和非穩態法，非穩態法由于其速度快，相對應用較多。非穩態法中對被測件進行加熱的手段和方式較多，比如激光、閃光燈等熱源以脈沖式或鎖相方法進行熱激勵。脈沖閃光燈加熱法中有兩種模式：反射式和透射式。對于深度方向(或與熱波平行方向)熱擴散系數的測量，目前主要采用透射式脈沖方法進行測量，而反射式脈沖法還未見用于熱擴散系數測量。

發明內容

由于脈沖紅外熱波技術的大部分定量測量應用中，不存在參考曲線，比如平板類試件，因此以前的需要缺陷和本底界面的熱反射系數及缺陷深度為已知的試件作為參考進行蓄熱系數測量的專利在很多時候不能適用。在部分應用中，存在參考曲線，比如蜂窩結構，但是這種情況下參考曲線處對應參數的準確值較難確定，以往的專利計算容易帶來額外誤差。

另外以往的專利中僅涉及到熱反射系數，也就是求蓄熱系數，并沒有涉及其方法測量熱擴散系數和深度的精度和適應性問題。而且脈沖紅外熱波的定量應用主要是測厚，而求熱反射系數的應用較少。

針對上述問題，本發明提供一種新的定量測量方法，利用脈沖紅外熱波技術在特定條件下測量缺陷深度、熱擴散系數或缺陷界面熱反射系數的方法。

本發明的一種脈沖紅外熱波技術定量測量方法，包括如下步驟：

步驟1：使用脈沖加熱裝置對被測物體表面進行加熱，同時使用紅外熱像裝置連續觀測和記錄被測物體表面的溫場變化，通過計算機控制和采集系統進行時序熱波信號的采集處理得到被測物體表面的熱圖序列；

步驟2：根據獲得的熱圖序列提取缺陷區域及無缺陷區域降溫數據，并比較其對數溫度-對數時間曲線；

步驟3：以對數溫度-對數時間曲線中缺陷與無缺陷區域曲線的分離時刻點或其前面時刻選定為t₁，兩曲線最大溫差時刻作為t₂，并提取這兩個時刻缺陷區域曲線上對應溫度值或輻射能量值ΔT(0，t₁)和ΔT(0，t₂)；