输变电设施的金属构件容易受温度、湿气等气候因素影响而发生侵蚀, 因此通常需要在其表面喷涂耐候保护涂层。为了确保涂层厚度符合要求, 需要对其进行检测。针对现有检测方法的不足, 本文采用锁相红外无损检测技术对耐候涂层厚度进行检测与评估。首先采用制作的标准涂层试件对该方法测厚的原理与重复性进行验证, 验证了该技术对涂层厚度的评估的可靠性与稳定性; 其后采用厚度均匀过渡的耐候涂层试片进行测试, 采用试片上定标点的相位值拟合出定标曲线, 并利用该曲线测量出试片上验证点的厚度信息。实验结果表明, 测量厚度与真实厚度误差在± 5%以内, 采用相位图像可以对耐候涂层厚度与均匀度进行有效测量与评估。

超声红外锁相热像技术是一种将调制激励和锁相技术应用于红外热像检测的新型无损检测技术。针对缺陷生热及传热研究中存在的摩擦生热过程难以有效模拟、缺陷内部生热机理不清等理论问题, 采用电-力类比方法, 建立了含疲劳裂纹金属平板与超声激励系统的有限元模型, 研究了调制超声激励下裂纹区域和裂纹面的生热特点, 结果表明: 在调制超声激励下, 裂纹区域生热呈现出周期性上升的特点, 因预紧力的作用, 靠近激励同侧的裂纹面区域生热更明显。基于仿真分析和Green函数, 建立了裂纹摩擦生热的传热理论模型, 进一步探究了裂纹区域温度分布规律; 最后利用被测平板上下表面温度比值(P值)对热源深度进行了估计, 证明了仿真结果与理论计算的一致性。研究成果将进一步丰富超声红外锁相热像技术的理论基础。

通过建立涂层的三维非稳态导热模型, 对涂层脱粘缺陷模型的正弦调制加热过程进行了数值计算。在不同涂层厚度与缺陷尺寸下, 分别提取缺陷中心处与无缺陷处表面温度相位并进行差值计算; 沿缺陷半径方向均匀取点, 并对涂层表面平均温度曲线进行一阶差分。研究结果表明: 通过缺陷处与无缺陷处相位差可有效检测缺陷, 通过温度一阶差分可对缺陷进行定量识别。

红外热波检测技术是一种新兴的无损检测技术。与传统的被动式红外检测方法不同，该方法将外加瞬时或交变温场施加到被测物，通过红外热像设备监测被测物在外加温场下的表面温度变化。根据外加温场的类型及相应的物理模型对采集到的数据信号进行处理，以图像的形式显示。利用红外锁相技术对玻璃钢材料试件进行检测，通过SC3000热像仪进行实验，并通过快速傅里叶变换进行计算，实验得出相位图效果好于振幅图，且发现在不同加载频率下，实验效果不同。

航空领域为减轻结构重量并增加结构强度，大量采用复合材料及复合结构代替传统材料，尤其是蜂窝夹层结构以其比强度高及比刚度高的优点得到广泛应用。然而，这些结构在胶接过程中更容易出现粘接不良、脱粘等质量问题。传统检测方法难以对新型结构及新型缺陷类型进行准确检测，需要开展新型检测技术研究以适应实际检测生产需求。利用激光剪切散斑方法、锁相红外热成像、脉冲红外热成像检测方法对内部出现的脱粘缺陷进行检测已经得到越来越广泛的应用，然而此三种新型方法各有检测优势及局限性。利用此三种光学检测方法对蜂窝结构中模拟脱粘缺陷进行检测，从检测原理、适用范围、应用前景等方面对此三种方法的检测优越性及局限性进行比较。结果表明，此三种方法均能对脱粘缺陷进行准确检测，激光剪切散斑方法对粘接不良缺陷检测效果优于脉冲红外及锁相红外方法。

为了提高超声锁相热像技术(ULT)的检测效率并获得最佳检测结果，对超声波调制、热图序列处理和检测参数选择进行了研究。阐述了超声锁相热像技术的检测原理并进行了理论分析，建立了ULT的检测系统。采用方波调制的超声波激励试件，用红外热像仪记录试件表面热图，并用瞬态处理方法对热图进行锁相处理得到相位图和幅值图实现对缺陷的检测。用该方法检测了钢板表面及近表面的微裂纹(微米级)和铝合金板内不同深度缺陷等接触界面类型缺陷。结果表明，检测A3钢板材料表面(近表面)裂纹时，调制频率可选择0.5 Hz，接触压力约0.25 kN，激励头与微裂纹的距离对检测结果几乎无影响，激励位置可根据试件结构而确定；由于降低调制频率可提高缺陷的检测深度，检测铝合金材料时，调制频率≤0.3 Hz能够探测到4 mm深度的缺陷；另外，该方法能够准确检测蜂窝夹层结构的脱粘缺陷。研究表明，研制的检测系统数秒内即可完成对接触界面类型缺陷的准确检测。

研究了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。建立了二维热传导有限差分模型，采用该模型计算了强度按正弦规律变化的热流引起试件表面温度变化的历程，基于锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的准稳态温度变化，并计算了二者的相位差。然后，建立了热波在试件中传导的热-电等效模型，利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究，得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系。最后，采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际焊接构件进行了无损检测试验。结果显示，有限差分模型和热-电等效模型计算有缺陷与无缺陷处的相位差与试验结果基本一致，偏差<5%，表明采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确地获得缺陷大小、位置等，该技术也适用于有复杂曲面结构的构件。