[發明專利]光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法

有效

• 申請號: 201310455288.7
• 申請日: 2013-09-29
• 公開（公告）號: CN103471513A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發明（設計）人: 唐慶菊;齊立濤;劉元林;蘆玉梅;張志平
• 申請（專利權）人: 黑龍江科技大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06;G01J5/10
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及一種測量涂層厚度的方法，特別涉及一種光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法。

背景技術

脈沖紅外熱成像技術是20世紀80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，通過主動對被測物體施加脈沖熱激勵，采用紅外熱像儀連續觀察和記錄物體表面的溫度變化，并通過圖像處理技術對熱波信號進行處理和分析，以實現對物體內部不連續結構的定性診斷和定量識別。

目前，測量涂層厚度的方法主要有渦流測厚法，但該方法僅適用于金屬質涂層厚度的測量，不適用于復合材料涂層/復合材料基體涂層結構中涂層厚度的檢測，具有一定的局限性。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前采用測量涂層厚度的方法對測量的材料特性具有局限性的問題，本發明提供一種光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法。

本發明的光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法，

步驟一：采用脈沖加熱設備在脈沖強度Q₁下對被測涂層結構構件進行加熱，同時使用紅外熱像儀在采樣頻率f_s下采集被測涂層結構構件表面的熱圖序列T₁(x,y,N)，其中x×y為紅外熱像儀像素點數，N為采集的圖像幀數；

步驟二：采用脈沖加熱設備在脈沖強度Q₂下對被測涂層結構構件進行加熱，同時使用紅外熱像儀在采樣頻率f_s下采集被測涂層結構構件表面的熱圖序列T₂(x,y,N)；

步驟三：將獲得的熱圖序列T₂(x,y,N)和熱圖序列T₁(x,y,N)相減，獲得熱波信號△T=T₂(x,y,N)-T₁(x,y,N)；

步驟四：對所有像素點的熱波信號△T(x,y,N)與采集幀數N之間的關系進行線性擬合，得到△T(x,y,N)=aN+b；

步驟五：根據步驟四獲得的a和b，結合公式求出被測涂層結構構件的涂層厚度e_c，其中α_c為涂層的熱擴散系數。

本發明的優點在于，本發明的方法可以測量出涂層結構構件的涂層厚度，不受涂層結構中涂層和基體材料特性的限制，克服了現有測量涂層厚度的方法對測量的材料特性具有局限性的問題，本發明的方法簡單易行。

附圖說明

圖1為本發明所述的光脈沖紅外熱成像測量涂層厚度的方法的原理示意圖。

圖2為被測涂層結構構件1表面三個不同位置處對應熱波信號△T與N之間的線性擬合關系。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖1說明本實施方式，本實施方式所述的，

步驟一：采用脈沖加熱設備在脈沖強度Q₁下對被測涂層結構構件1進行加熱，同時使用紅外熱像儀3在采樣頻率f_s下采集被測涂層結構構件1表面的熱圖序列T₁(x,y,N)，其中x×y為紅外熱像儀像素點數，N為采集的圖像幀數；

步驟二：采用脈沖加熱設備在脈沖強度Q₂下對被測涂層結構構件1進行加熱，同時使用紅外熱像儀3在采樣頻率f_s下采集被測涂層結構構件1表面的熱圖序列T₂(x,y,N)；

步驟三：將獲得的熱圖序列T₂(x,y,N)和熱圖序列T₁(x,y,N)相減，獲得熱波信號△T=T₂(x,y,N)-T₁(x,y,N)；

步驟四：對所有像素點的熱波信號△T(x,y,N)與采集幀數N之間的關系進行線性擬合，得到△T(x,y,N)=aN+b；

步驟五：根據步驟四獲得的a和b，結合公式求出被測涂層結構構件1的涂層厚度e_c，其中α_c為涂層的熱擴散系數。

本實施方式的理論基礎是基于脈沖平面熱源激勵下的一維熱傳導方程求解問題。熱流作用于厚度相對較薄的涂層結構平板過程中，可忽略熱流橫向擴散，將熱流傳遞近似認為一維熱傳導過程。熱流在試件中的傳熱微分方程可表示為：