专利名称：脉冲红外热波技术定量测量方法
技术领域：
本发明涉及无损探伤检测技术领域，特别是涉及一种脉冲红外热波技术，利用脉冲红外热波技术在特定条件下测量缺陷深度、热扩散系数或缺陷界面热反射系数的方法。
背景技术：
脉冲红外热波无损检测技术是二十世纪九十年代后发展起来的一种无损检测技术。此方法以热波理论为理论依据，通过主动对被检测物体施加脉冲热激励、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。本发明涉及一种利用反射式脉冲热成像法在特定条件下测量缺陷深度、热扩散系数或缺陷界面热反射系数的方法。脉冲热成像法可实现缺陷深度、热扩散系数或缺陷界面热反射系数等参数的定量测量。其中，缺陷深度或者被测件厚度测量的相关测量方法较多。大部分深度测量方法都是通过获得温度时间曲线中的某特征时间进行计算，比如对比度峰值时刻方法、对比度一阶微分峰值时刻方法、对数分离时刻法，以及二阶温度-时间对数曲线的峰值时刻方法。
对温度时间曲线中的相对线性较好区域进行拟合获得其斜率，根据降温理论公式可直接得到缺陷深度。通过测量试件本底材料与缺陷界面热反射系数可间接测量缺陷蓄热系数，而目前对蓄热系数的测量方法都是直接测量或者是测量多层结构材料的整体表观蓄热系数。脉冲热波技术用于测量缺陷界面热反射系数的方法较少，陶宁等人利用脉冲红外热波技术测量固体材料表面下缺陷的蓄热系数，其方法需要缺陷和本底界面的热反射系数及缺陷深度为已知的试件作为参考进行蓄热系数测量，参考曲线的引入可能带来额外误差，同时在脉冲红外热波技术的大部分定量测量应用中不存在参数已知的参考曲线，该方法不适用。热扩散系数测量方法主要有稳态法和非稳态法，非稳态法由于其速度快，相对应用较多。非稳态法中对被测件进行加热的手段和方式较多，比如激光、闪光灯等热源以脉冲式或锁相方法进行热激励。脉冲闪光灯加热法中有两种模式反射式和透射式。对于深度方向(或与热波平行方向)热扩散系数的测量，目前主要采用透射式脉冲方法进行测量，而反射式脉冲法还未见用于热扩散系数测量。
发明内容
由于脉冲红外热波技术的大部分定量测量应用中，不存在参考曲线，比如平板类试件，因此以前的需要缺陷和本底界面的热反射系数及缺陷深度为已知的试件作为参考进行蓄热系数测量的专利在很多时候不能适用。在部分应用中，存在参考曲线，比如蜂窝结构，但是这种情况下参考曲线处对应参数的准确值较难确定，以往的专利计算容易带来额外误差。另外以往的专利中仅涉及到热反射系数，也就是求蓄热系数，并没有涉及其方法测量热扩散系数和深度的精度和适应性问题。而且脉冲红外热波的定量应用主要是测厚，而求热反射系数的应用较少。针对上述问题，本发明提供一种新的定量测量方法，利用脉冲红外热波技术在特定条件下测量缺陷深度、热扩散系数或缺陷界面热反射系数的方法。本发明的一种脉冲红外热波技术定量测量方法，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，同时使用红外热像装置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提取缺陷区域及无缺陷区域降温数据，并比较其对数温度-对数时间曲线；步骤3 以对数温度-对数时间曲线中缺陷与无缺陷区域曲线的分离时刻点或其前面时刻选定为、，两曲线最大温差时刻作为t2，并提取这两个时刻缺陷区域曲线上对应温度值或辐射能量值ΔΤ(0，、)和ΔΤ(0，t2)；步骤4:利用公式(4)
权利要求
1.一种脉冲红外热波技术定量测量方法，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，同时使用红外热像装置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提取缺陷区域及无缺陷区域降温数据，并比较其对数温度-对数时间曲线；步骤3 以对数温度-对数时间曲线中缺陷与无缺陷区域曲线的分离时刻点或其前面时刻选定为、，两曲线最大温差时刻作为t2，并提取这两个时刻缺陷区域曲线上对应温度值或辐射能量值ΔΤ(0,、)和ΔΤ(0, t2)；
2.如权利要求1所述的脉冲红外热波技术定量测量方法，其特征在于，步骤2中当试件中不存在无缺陷区域时，根据降温曲线中前几个数据进行线性拟合而自动获得无缺陷降温数据。
3.如权利要求1所述的脉冲红外热波技术定量测量方法，其特征在于，步骤4b中的t2由步骤3中直接读出，或当缺陷深度L和热扩散系数α已知时，由公式t = 2L2/a计算而得。
4.如权利要求1所述的脉冲红外热波技术定量测量方法，其特征在于，当采集频率为60Hz时，、固定为分离时刻前第2帧时刻。
5.如权利要求1所述的脉冲红外热波技术定量测量方法，其特征在于，步骤4b中当被测基体材料的蓄热系数^已知时，利用公式(3) W = 计算获得缺陷材料的蓄热系数e2 ο
6.如权利要求1所述的脉冲红外热波技术定量测量方法，其特征在于，步骤5中当采集频率为60Hz时，t2分别设为最大温差时刻前10帧的时刻值。
全文摘要
脉冲红外热波技术定量测量方法，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，同时使用红外热像装置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提取缺陷区域及无缺陷区域降温数据，并比较其对数温度-对数时间曲线；步骤3以对数温度-对数时间曲线中缺陷与无缺陷区域曲线的分离时刻点或其前面时刻选定为t1，两曲线最大温差时刻作为t2，并提取这两个时刻对应温度值或辐射能量值ΔT(0，t1)和ΔT(0，t2)；步骤4利用公式(4)当缺陷区域界面热反射系数R、被测物体热扩散系数α和缺陷深度L三个参数已知其中两个时，能够求解出第三个。
文档编号G01N25/20GK102565124SQ201110424379
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者冯立春, 张存林, 曾智, 王迅, 陶宁 申请人:北京维泰凯信新技术有限公司, 首都师范大学