专利名称：脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法
技术领域：
本发 明涉及无损探伤检测技术领域，特别是涉及一种红外热波技术，利用脉冲热成像法测量固体材料表面下暗藏物质的蓄热系数。
背景技术：
脉冲热成像技术是二十世纪九十年代后发展起来的常用红外热波无损检测技术之一。该技术以热波理论为理论依据，通过主动对被检测物体施加脉冲形式的可控热激励、 并采用红外热像仪连续观察和记录物体表面的温场变化，并通过现代计算机技术及图像信息处理技术进行时序热波信号的探测、采集、数据处理和分析，以实现对物体内部缺陷或损伤的定量诊断。利用脉冲热成像法可以实现对物体内部缺陷进行定性和定量的检测及评估，包括提取缺陷界面的位置、形状和深度等信息，而对物体内部暗藏异物的热特性进行定量评估还未见有报道。蓄热系数(effusivity)是材料的热物理特性之一，表征物体与其周围进行热量交换的能力。本发明是涉及一种利用脉冲热成像法测量固体材料表面下暗藏物质的蓄热系数的方法。据调研，目前对物体材料蓄热系数的测量有多种方法，如J. A. Balderas-Lopez等人利用光声及光热电的方法测量透明液体材料的蓄热系数，Verma、Zhang、Degi0Varmi以及 A Bouguerra等人利用平面热源法对金属粉末、陶瓷等材料的蓄热系数进行了测量，意大利的Carosena Meola等人曾利用热波调制锁相的方法来测量材料的热扩散率，另外，美国的 sun等人利用脉冲热成像法对多层结构材料的表观蓄热系数测量进行了尝试，并申请了美国专利(patent No. =US 7365330B1)。国内高光宁等人曾利用平面热源法测量均勻固体材料的蓄热系数。以上方法是用于测量均勻材料的蓄热系数或者测量多层结构材料的整体表观蓄热系数，对于测量固体材料表面下暗藏物质的蓄热系数的方法还未见公开报道。实际应用中，有时仅发现材料中存在的缺陷是不够的，还需要对表面下缺陷类型进行识别，能够为产品加工、使用和维修提供参考信息。以广泛应用于航天航空工业中的蜂窝结构材料为例，当蜂窝结构由于密封不好或者表皮受损而引起液体渗入后，将留下安全隐患，需要识别蜂窝材料内部渗入液体是积水还是可能引起更多危险的渗漏液压油。本发明可以通过测量表面下暗藏物质的蓄热系数的方法达到表面下识别的目的。
发明内容
本发明提供一种脉冲热成像用于测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法， 以解决现有技术中无法对物体内部暗藏异物的热特性进行定量评估的技术问题。—种脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，包括如下步骤步骤1 使用脉冲加热装置对被测物体表面进行加热，同时使用红外热像仪连续观测和记录被测物体表面的温场变化，通过计算机控制和采集系统进行时序热波信号的采集处理得到被测物体表面的热图序列；
步骤2 根据获得的热图序列确定被测物体内部暗藏物质区域与无缺陷区域对应
2L 2
表面温 度差达到最大值时的时间值tm2，以及此时的对比温度值八1；2^2)，由式。2
a
确定暗藏物质的深度L2，其中α为被测物体材料的热扩散系数；步骤3 采用与被测物体同样的材料作为本底材料制作参考试件，以蓄热系数已知的参考物质作为参考试件内的预埋缺陷；步骤4 在与步骤1中相同的实验条件下采用参考试件重复步骤1中的实验，得到参考试件表面的热图序列；步骤5 根据获得的参考试件表面的热图序列得到参考试件中参考物质区域对应表面与参考试件无缺陷区域对应表面出现最大温度对比度的峰值时间tml，和此时的对比温
2L2
度值Δ Tcl (tml)，由式U = 确定暗藏物质的深度L1 ；
a步骤6 根据已知的本底材料的蓄热系数ei和预埋参考物质的蓄热系数e2，利用公妙1 = 斜导鹤碰销躯_植R1 it ；
_⑴_n2L 2
^KaYjR" exp(-*-)步骤7:由公式= ---求出被测物体中暗藏物质区域的
hlCiD /—ν Γ, “ 「n L1 .、 ψ^ΣΚ2 exP(^_^)
n-\0c^ml
R2值；步骤8 由公式A =^1求出被测物体中暗藏物质的蓄热系数％。其中，所述参考物质为空气。其中，所述脉冲加热装置为高能闪光灯。其中，步骤3中所述参考试件内的缺陷要求两相邻缺陷边缘的间距大于两者中较大缺陷的直径；缺陷边缘距试件边缘的距离大于缺陷的直径。缺陷宽深比大于1。本发明的一种脉冲热成像用于测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，通过上述技术方案，能够在不损伤被测固体材料的前提下，测量得到被测物体内部缺陷区域处异物的蓄热系数，且测量精度高，达到了有益的技术效果。
图1为本发明测量表面下暗藏物质蓄热系数的系统示意图；图2a为实施例中被测物体材料的俯视图；图2b为实施例中被测物体材料的剖视图；图3为实施例中热像仪记录的被测物体表面热图序列中的其中一幅热图。附图标记说明脉冲加热装置-1 ；被测物体_2 ；检测表面-21 ；红外热像仪-3 ；计算机控制和采集系统-4。
具体实施方式
为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。针对上述问题，本发明提供一种新的测量方法，利用红外热像法测量固体材料表面下暗藏物质即材料表面下缺陷的蓄热系数。本发明的理论基础是基于脉冲平面热源激励下的一维热传导方程求解问题，寻求不同介质材料中热波反射对表面温度场影响的数学表达，并根据表面温场的变化规律重建材料的内部异性结构信息。对半无穷大均勻介质，受平行于介质表面的均勻脉冲热源作用时，热传导方程可简化为
权利要求
1.一种脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 使用脉冲加热装置对被测物体表面进行加热，同时使用红外热像仪连续观测和记录被测物体表面的温场变化，通过计算机控制和采集系统进行时序热波信号的采集处理得到被测物体表面的热图序列；步骤2 根据获得的热图序列确定被测物体内部暗藏物质区域与无缺陷区域对应表面
2.如权利要求1所述的脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，其特征在于，所述参考物质为空气。
3.如权利要求1所述的脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，其特征在于，所述脉冲加热装置为高能闪光灯。
4.如权利要求1所述的脉冲热成像测量固体材料表面下暗藏物质蓄热系数的方法，其特征在于，步骤3中所述参考试件内的缺陷要求两相邻缺陷边缘的间距大于两者中较大缺陷的直径；缺陷边缘距试件边缘的距离大于缺陷的直径。缺陷宽深比大于1。
全文摘要
本发明包括如下步骤使用脉冲加热装置对被测物体表面进行加热，同时采用红外热像仪连续观测并获得被测物体表面变化温场的热图序列；确定被测物体内部暗藏物质区域与无缺陷区域对应表面温度差达到最大值时的时间值tm2，以及此时的对比温度值ΔTc2(tm2)，确定暗藏物质的深度L2；采用与被测物体同样的本底材料制作参考试件，以蓄热系数已知的参考物质作为参考试件内的缺陷；得到参考试件表面变化温场的热图序列；得到参考试件中参考物质区域与参考试件无缺陷区域对应表面出现最大温度对比度的峰值时间tm1，和此时的对比温度值ΔTc1(tm1)，确定暗藏物质的深度L1；求得参考试件中缺陷区域界面对应R1值；求出被测物体中暗藏物质区域界面的R2值；求出被测物体中暗藏物质的蓄热系数e3。
文档编号G01N25/18GK102183543SQ201110044330
公开日2011年9月14日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者冯立春, 张存林, 曾智, 王迅, 陶宁 申请人:首都师范大学