[發明專利]混凝土結構紅外熱成像無損檢測用熱激勵裝置

有效

• 申請號: 201310671663.1
• 申請日: 2013-12-12
• 公開（公告）號: CN103808760A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發明（設計）人: 謝峻;鄭曉華;曾丁;安寧;高小妮
• 申請（專利權）人: 交通運輸部公路科學研究所;北京公科固橋技術有限公司
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72
• 代理公司: 北京中建聯合知識產權代理事務所 11004
• 代理人: 田世瑢

技術領域

本發明涉及一種用于混凝土內部缺陷的紅外熱成像無損檢測的熱激勵裝置。

背景技術

尋求一種無損、快速、低成本、大范圍的混凝土普查方法是土木工程界極為關注的問題，具有非常現實的意義。紅外成像檢測技術就是在這種情況下被引入土木工程領域的。對紅外成像技術應用方面的研究，最早出現在20世紀60年代的美國。20世紀70年代末，已經有學者應用紅外成像技術診斷建筑物的熱損耗、屋頂滲水、圍墻缺陷以及查找路面的次表面缺陷等。此技術在我國起步較晚，在20世紀90年代初，我國才有學者將紅外成像診斷技術和土木工程結合起來，在建筑物熱損耗、建筑材料缺陷探測和建筑外墻施工質量等方面進行了初步的應用研究。紅外成像技術是一種全新、靈敏的檢測方法，也是一種很好的監測方法，其重要的特點是可以快速、非接觸、大面積地掃查檢測物表面，并且不損傷檢測物，結果直觀形象，易于實現自動化和實時觀測。

目前利用紅外成像技術對混凝土無損檢測的研究熱點集中在對紅外成像獲取的熱源的改進。針對混凝土的有關檢測過程中如何改進熱源這一問題，國內外研究人員主要是采用大功率的紅外脈沖加熱裝置、紅外燈照射、超聲紅外技術和高能閃光燈等熱源。德國的Ch?Maierhfer和Hwiggenhuaser等人在對混凝土中的缺陷及碳纖維增強表面粘結層的脫膠情況進行檢測的過程中，采用了大功率的紅外脈沖加熱裝置。Takahide?Sakagami等研究人員利用紅外燈照射對混凝土內部的層離缺陷進行了分析研究，得出了混凝土內部缺陷隨埋設深度及缺陷的幾何大小變化的關系曲線。S?Vallerand和X?Maldague在脈沖加熱的紅外熱激勵條件下，比較了數理統計法和神經網絡法對材料的內部缺陷檢測的優劣，指出了各種方法的適用條件。李卓球、黃莉、伍穎和宋顯輝等在通電的情況下，利用碳纖維混凝土的電熱效應，對含預制裂紋的碳纖維混凝土缺陷體進行紅外無損檢測，為優化和評估電熱紅外成像檢測方案提供了重要的數值依據。國內外的科研人員在檢測過程中嘗試了不同的熱源，但使用外加熱源時，在檢測物上產生的溫度場具有以熱源對應點為中心，向外圍梯度遞減的特點，影響檢測結果的準確性。尋找空間梯度小、時間梯度大的新式熱源是紅外成像檢測技術的一個主要研究方向。

根據熱量注入的方式不同紅外輻射檢測有如下多種檢測形式：

①脈沖輻射檢測（PT：Pulsed?Thermography）

脈沖輻射測量過程是：先對被測物體加熱，然后對溫度變化進行測量。在熱注入后由于熱擴散物體溫度快速變化，同時由于輻射和對流造成熱損失，表面下缺陷的存在改變了熱擴散速率，在缺陷處形成與周圍不同的溫差，通過測量表面溫度完成檢測。

②矩形脈沖輻射檢測（SPT：Square?Pulsed?Thermography）

常規的脈沖輻射檢測中，對高熱導率物體（如金屬）熱激勵脈沖時間只有幾毫秒，而對低熱導率物體（如塑料）熱脈沖時間則持續幾秒鐘。但對于混凝土材料而言，這么短的加熱時間往往對被測物沒有明顯影響，所以一般需要采用更長的加熱時間，這樣的熱量注入方式與脈沖輻射檢測中的熱量注入方式有較大的不同，被測物體內部熱傳導方式也不同。

③階躍輻射檢測（SH：Step?Heating）

在階躍輻射檢測中，對輻射加熱過程中的表面溫度變化進行監測。主要用于涂層厚度檢測（包括多層涂層）、涂層與基底結合檢測以及復合結構檢測等。

④調制輻射檢測（Lock-in）

調制輻射檢測的過程是：在試件表面注入周期調制的熱量（如正弦調制的激光），在試件中形成周期變化的溫度分布即熱波，對產生變化的溫度場進行檢測。調制是指必須對輸出信號與參考輸入信號（如周期調制的熱激勵）之間的時間關系進行精確測量。在采用激光激勵的點測量中是通過鎖相放大器實現的，在全場加熱方式中通過計算機處理可以得到相位和振幅兩個方面的圖像。檢測深度與輻射調制頻率成反比，所以高頻調制主要用于近表面分析。

⑤振動輻射檢測（Vibrothermography）

振動輻射檢測也屬于主動檢測。在外部機械振動作用下，在缺陷（如裂縫和分層）處由于存在摩擦機械能轉化為熱能，從而在試件中產生熱激勵。

對于混凝土材料而言，矩形脈沖輻射檢測（SPT：Square?Pulsed?Thermography）是一個比較適合的方法。

發明內容