[發明專利]基于對數一階微分峰值法的缺陷深度測量方法

有效

• 申請號: 201310037715.X
• 申請日: 2013-01-30
• 公開（公告）號: CN103148799A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 曾智;陶寧;馮立春;王迅;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;重慶師范大學
• 主分類號: G01B11/22
• 分類號: G01B11/22;G01B11/06
• 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

技術領域

本發明涉及無損探傷檢測技術領域，特別是涉及一種紅外熱波技術，利用對數一階微分峰值時間測量被測試件厚度或者缺陷深度的方法。

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。

缺陷深度或者被測件厚度測量是脈沖紅外熱波無損檢測技術定量測量的一個重要應用，一般都是通過獲得溫度時間曲線中的某特征時間進行計算。US5711603采用缺陷區域減掉參考區域溫度曲線的微分峰值時刻作為特征時間，該專利需要首先選取一個參考區域，這在某些應用中較難實現，且引入了誤差。對比度峰值方法采用缺陷區域減掉參考區域溫度曲線的峰值時刻作為特征時間，但該峰值時刻受缺陷尺寸等因素影響較大，且同樣需要參考區域。對數分離點方法采用溫度時間對數曲線中缺陷和非缺陷區域的分離時刻作為特征時間，該方法也需要參考曲線，同時較難準確確定分離點。US6542849對溫度時間曲線中選取一段相對線性區域，并擬合獲得其斜率，最后根據降溫理論公式擬合得到缺陷深度。X.Maldague對溫度時間曲線做傅里葉變換，減掉參考曲線后的零值時刻作為特征值。

反射式脈沖紅外熱波技術中有兩個常見的熱傳導方程，對于有限厚平板，方程為：

T(0,t)=qρCL[1+2Σn=1∞exp(-n2π2αtL2)]---(1)]]>

其中T(0,t)是t時刻被測試件表面的溫度，q為常數，是在單位面積上施加的熱量，密度ρ(kg/m³)與比熱C的乘積是介質材料的體熱容。熱擴散系數為α＝k/(ρC)。對某一特定介質，一般情況下α可視為常數，k(W/m·K)是熱傳導率。L為被測件厚度（或缺陷深度）。

基于公式（1），分別模擬原始溫度-時間的對數曲線、及其相應的一階和二階微分曲線。如圖1所示，原始降溫對數曲線從初始溫度開始降溫，并慢慢趨于0值；而一階微分曲線從-0.5開始逐漸增大，并在0值飽和；二階微分曲線從0開始，有一個峰值，并最終趨于0值。

基于圖1，一階微分曲線不存在極大值，二階微分存在一個極大值，S.M.Shepard采用二階微分曲線的極大峰值時間作為特征時間，要獲得該峰值時間需要求三階微分的零值時間。J.G.Sun基于公式（1）在數值模擬的基礎上建立了對數溫度-對數時間二階微分曲線極大峰值時間與缺陷深度平方關系：

t=L2πα---(2)]]>