Active infrared thermography has gained increasing popularity for nondestructive testing and evaluation in various industrial fields, especially for composite structures. In this regard, thermal wave radar (TWR) imaging is recognized as the next-generation active thermography technology to obtain great resolution and depth range over the inspected objects. A critical aspect concerns the optimal test parameter selection to guarantee reliable quality assurance required for industrial products. In this work, single- and multiple-frequency TWR was investigated in a quantitative manner with the goal of optimizing the detection parameters in terms of probing range and lateral and depth resolution. The effects of test parameters, including sampling frequency, modulation frequency, chirp duration, chirp bandwidth, etc, were investigated in detail through experiments on a glass fiber reinforced polymer specimen with multi-scale diameter-to-depth ratio defects. This paper aims to help yield a better understanding of the physical mechanism behind TWR and propose a workable scheme for testing parameter selection in practical applications.

在对活体生物组织有强吸收的激光辐射热疗领域，理论研究对理解治疗过程具有不可替代的作用。由于激光源的激发时间相对于组织平衡时间非常短，因此非傅里叶模型在理论研究中越来越重要。目前，恒定热流被认为是一个独立于时间的物理量，根据该物理量得到的结论与现有文献中的实验结果不一致。本文基于恒定热流随时间的变化，建立了修正的非傅里叶边界条件，并应用积分变换方法获得解析解。与文献中已有的结果相比，当前修正模型得到的温升和温度分布曲线与文献中的实验结果一致。本文认为基于时间无关的非傅里叶边界条件是不符合热平衡的。进一步，在修正的非傅里叶边界条件下，本文讨论了单相滞后模型(SPLM)和两相滞后模型(DPLM)的不同传热机理及其与现有描述的不同。

双相滞(DPL)非傅里叶导热模型能够反映脉冲激光与生物组织瞬态作用过程,但在很多运用DPL模型对生物组织传热机制进行研究的文献中,既有应用傅里叶边界条件也有应用非傅里叶边界条件,得出的很多传热机制结论是相互矛盾的。运用DPL非傅里叶模型控制方程,导出了非傅里叶和傅里叶边界条件,并利用积分变换及拉普拉斯变换法,分别给出了非傅里叶和傅里叶边界条件问题的解析解。以皮肤生物组织作为算例,计算结果表明,在非傅里叶控制方程条件下,基于非傅里叶边界条件预测的组织内的温度分布符合能量守恒定律,而基于傅里叶边界条件预测的组织内的温度分布则不符合能量守恒定律。非傅里叶边界条件下所得的温升幅值和温度的变化速率与傅里叶边界条件下所得的结论相反。采用傅里叶边界条件,对应的热损伤明显低于非傅里叶边界条件热损伤且过于保守。最后从能量守恒角度指出, DPL非傅里叶边界条件就是边界的DPL型能量守恒方程,傅里叶边界条件是傅里叶模型的能量守恒方程。傅里叶生物传热控制方程应与傅里叶型边界条件相配合,而DPL非傅里叶生物传热方程应与非傅里叶边界条件相配合。

目前, 超声检测在钢轨裂纹检测中得到了广泛的应用, 但在钢轨裂纹检测过程中, 超声波检测方法存在一定的盲区, 未能检测到轨脚两侧的裂纹。针对超声波检测方法的不足, 搭建了一种红外热波钢轨踏面裂纹无损检测平台。钢轨裂纹红外热波无损检测平台是红外无损检测领域的一个新的研究方向, 实验平台的建立主要包括 3部分: 热激励源的选择、实验平台的搭建、红外图像的提取。该技术用于通过热激励源加热轨底表面。根据热波理论, 钢轨表面到轨底内侧的传热过程受钢轨的物理特性和内部结构的影响, 如果钢轨内部存在缺陷, 则缺陷类型会影响钢轨表面的温度分布。根据钢轨表面温度信息的分布, 确定钢轨内部缺陷的位置, 达到检测钢轨裂纹的目的。实验结果表明, 裂纹对应的轨底表面温度高于无裂纹对应的轨底表面温度, 证明红外热波无损检测对钢轨裂纹检测是可行的。

Radiation uniformity is important for Z-pinch dynamic hohlraum driven fusion. In order to understand the radiation uniformity of Z-pinch dynamic hohlraum, the code MULTI-2D with a new developed magnetic field package is employed to investigate the related physical processes on Julong-I facility with drive current about 7e8 MA. Numerical simulations suggest that Z-pinch dynamic hohlraum with radiation temperature more than 100 eV can be created on Julong-I facility. Although some X-rays can escape out of the hohlraum from Z-pinch plasma and electrodes, the radiation field near the foam center is quite uniform after a transition time. For the load parameters used in this paper, the transition time for the thermal wave transports from r = 1 mm to r = 0 mm is about 2.0 ns. Implosion of a testing pellet driven by cylindrical dynamic hohlraum shows that symmetrical implosion is hard to achieve due to the relatively slow propagation speed of thermal wave and the compression of cylindrical shock in the foam. With the help of quasi-spherical implosion, the hohlraum radiation uniformity and corresponding pellet implosion symmetry can be significantly improved thanks to the shape modulation of thermal wave front and shock wave front.

目前复合材料已被广泛应用于航空领域。通常采用红外热波检测技术对其内部缺陷进行检测。通过对获取的红外热波图像序列进行处理，可以精确、定量地获取复合材料的缺陷信息。基于红外热波检测技术的需求，对国内外关于复合材料红外热波图像序列的多种处理技术进行了分析与比较，综述了这些技术的研究及应用情况，展望了该领域今后的发展方向，从而为红外热波图像序列处理技术的选择提供一定的依据。

介绍了一种新型的激光扫描热波成像无损检测技术，阐述了该技术的基本原理及特点，并与传统采用闪光灯进行热激励的热波无损检测技术进行了比较。简要介绍了适合于激光线扫描热激励的2-D 温度场理论模型，并通过实验结果进行了验证。采用该技术对航空领域常见的几种试件进行了测试，验证了该项技术的有效性。根据激光扫描热激励所产生的热波具有二维热传导的特性，开展了对垂直于试件表面的裂纹进行检测的实验。同时利用激光扫描的特性，介绍了一种新颖的涂层厚度的测量方法，并对不同厚度的涂层模拟样品进行了检测，展示了该项新技术对航空领域多种常见缺陷的检测能力。

建立了Chirp调制激光激励的红外热波雷达成像检测系统, 提出了基于分数阶傅里叶变换的Chirp锁相算法和基于希尔伯特变换时域积分的HT算法, 实现了对CFRP层板缺陷的检测; 合理设计了模拟缺陷的尺寸分布范围与缺陷判定准则, 采用Hit/miss法分析了信号提取算法对检测概率的影响; 给出了不同检测参数与判定阈值情况下, 相关算法、Chirp锁相算法和HT算法提取结果的检测概率数据, 确定了红外热波雷达成像系统对CFRP层板缺陷的检测概率水平。

针对热障涂层制备过程中的厚度评估问题, 通过数值模拟手段研究了光脉冲激励下制备在镍基高温合金上不同厚度的NiCrAlY涂层表面热波瞬态响应规律; 在此基础上分析了表面热波相位特征随涂层厚度的变化规律, 结果表明特定频率范围的热波相位特征与涂层厚度具有近似线性对应关系, 但不同涂层厚度之间的相位差绝对值较小, 不利于厚度定量评价; 为提高不同厚度涂层之间的热波相位差, 提出采用小波分解第二层细节系数对涂层表面热波进行重构, 重构热波相位差比原始热波提高了约500倍, 有利于提高涂层厚度评价的准确率; 最后采用试验手段验证了模拟结果的准确性。