[發明專利]方波熱成像測量低熱導率材料內部缺陷深度的方法

有效

• 申請號: 202210134543.7
• 申請日: 2022-02-14
• 公開（公告）號: CN114487015B
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 陶寧;吳卓橋;王黎;祁勁容;馬奕嬌;楊雪;張存林
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: G01N25/72
• 分類號: G01N25/72;G01B11/06;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

一種方波熱成像測量低熱導率材料內部缺陷深度的方法，包括：S1利用加熱設備對被檢測物體的表面進行預設時長的加熱，并通過紅外熱像儀按照預設的采集頻率對被檢測物體表面加熱前至降溫結束過程的熱圖序列進行采集；S2根據熱圖序列中的溫度隨時間變化的數據提取每個像素點溫度下降階段隨時間變化的曲線；S3對溫度隨時間變化的曲線乘以進行溫度重建，平滑處理后得到實驗數據最小峰特征時間；S4根據已知的熱擴散系數和加熱時間基于方波激勵表面溫度理論解進行理論數值解析，得到不同缺陷深度或厚度與其對應的理論最小峰特征時間經過對數變換后的線性關系；S5將得到的實驗數據最小峰特征時間代入線性關系中反演出被檢測物體中缺陷深度或厚度。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術定量測量方法，具體而言，涉及一種方波熱成像技術，更具體地是一種利用方波熱成像技術在不接觸被測物的情況下計算材料內部缺陷深度或材料厚度的方法。

背景技術

外熱成像技術是近二十年來迅速發展并廣泛應用的無損檢測技術，用于評估和測試金屬或非金屬材料試件(特別是復合材料)，主要用于定性或定量檢測材料內部缺陷。近年來，基于脈沖熱成像的無損檢測技術得到了廣泛的研究，由于脈沖激勵的熱傳導方程解析形式簡潔，有利于缺陷深度定量測量分析，其中有多種缺陷深度量化方法，如熱對比度法、對比溫度導數峰值法、對數二階導數峰值法等。由于熱波的高衰減性，脈沖加熱的能量較難提高，脈沖熱成像通常被認為適用于表面及近表面的缺陷檢測，基于該技術的缺陷深度量化方法通常也不是表征低熱導率材料內部缺陷深度的最好選擇。最近，國內外學者提出方波熱成像技術(研究階梯加熱后的冷卻過程)，該技術使用鹵素燈作為熱激勵來代替高能閃光燈。經研究發現，方波熱成像技術對低熱導率材料定性檢測非常有效，與脈沖熱成像相比，方波熱成像可以更方便提高鹵素燈功率或者激勵時間，從而提高加熱總能量，更適合檢測低導熱率的材料或者更容易檢測到更深的缺陷。

現有的紅外熱成像缺陷深度定量測量方法多基于脈沖熱成像技術，缺乏基于方波熱成像在定量深度測量方面的實踐可行的方法，此為本申請的主要研究方向。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種方波熱成像測量低熱導率材料內部缺陷深度或材料厚度的方法，針對低熱導率材料，基于方波熱成像熱傳導原理，解析得出理論最小峰特征時間與深度之間的關系，并經實驗數據處理找出該最小峰特征時間表征出缺陷深度或材料厚度，用以實現通過方波熱成像技術定量測量缺陷深度或材料厚度的目的。

為達到上述目的，本發明提供了一種方波熱成像測量低熱導率材料內部缺陷深度的方法，其包括以下步驟：

步驟S1：利用階梯型低能量密度的加熱設備對被檢測物體的表面進行預設時長的加熱，并通過紅外熱像儀按照預設的采集頻率對被檢測物體表面加熱前至降溫結束過程的熱圖序列進行采集，將采集到的熱圖序列傳輸并存儲到計算設備的通用存儲器中；

步驟S2：根據采集到的熱圖序列中所包含的溫度隨時間變化的數據，提取每個像素點溫度下降階段隨時間變化的曲線；

步驟S3：對每個像素點溫度隨時間變化的曲線乘以進行溫度重建，并進行平滑處理后得到實驗數據最小峰特征時間，其中t為冷卻時間；

步驟S4：根據已知的熱擴散系數和加熱時間，基于方波激勵表面溫度理論解進行理論數值解析，得到不同缺陷深度或厚度與其對應的理論最小峰特征時間經過對數變換后的線性關系；

步驟S5：將步驟S3中得到的實驗數據最小峰特征時間代入線性關系中反演出被檢測物體中缺陷深度或厚度的大小。

在本發明一實施例中，其中，所述加熱設備與所述紅外熱像儀放置于被檢測物體的同側，所述加熱設備的加熱方式為方波加熱。