浙江海洋大学船舶与海运学院，浙江 舟山 316002
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。
医用光学 生物传热 激光热疗 非傅里叶边界条件 热波 中国激光
2022, 49(15): 1507404
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210890
刘颖韬 1,2,3,4许路路 5何方成 1,2,3,4李硕宁 1,2,3,4杨党纲 1,2,3,4
1 中国航发北京航空材料研究院，北京 100095
2 航空材料检测与评价北京市重点实验室，北京 100095
3 中国航空发动机集团 材料检测与评价重点实验室，北京 100095
4 材料检测与评价航空科技重点实验室，北京 100095
5 北京航空航天大学 材料科学与工程学院，北京 100191
为了研究外场环境下实施红外热成像检测时，环境温度、日照、风速等外场环境因素对检测的影响机理及规律，文中以闪光灯激励红外热像法检测玻璃纤维增强塑料层压板分层缺陷为例，通过轴对称分层缺陷的物理建模、有限元仿真计算和基于试块的实验研究，得到了温差、温差最大值、温度对比度和温度对比度最大值等可检信息参数随各个环境因素变化的规律。文中对比了25 ℃和30 ℃环境温度下的仿真结果和实验结果，对比了日照不均和均匀温度下的仿真结果和实验结果，对比了对流换热系数为10 W/(m2·K)与100 W/(m2·K)的仿真结果和正常散热与强制散热的实验结果。基于以上仿真结果和实验结果，得出了如下结论：随着环境温度的升高，温度对比度最大值下降，缺陷清晰度下降，不利于缺陷的检出；日照不均使得温差最大值和温度对比度最大值或者增大或者减小，会造成误判或缺陷漏检；随着风速的增大，温差最大值和温度对比度最大值变小，缺陷的可检性变差，缺陷的清晰程度下降，不利于缺陷检测。
红外热像无损检测 外场检测 在役检测 红外热波 无损检测 infrared thermographic nondestructive testing outfield detection testing in service infrared thermal wave nondestructive testing 红外与激光工程
2021, 50(12): 20210711
淮南师范学院机械与电气工程学院, 安徽淮南 232038
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。
轨脚裂纹 红外热波无损检测 热像仪 红外图像 rail foot crack in rail, infrared thermal wave non
1 神华铁路货车运输有限责任公司, 河北沧州 062350
2 南京诺威尔光电系统有限公司, 江苏南京 210046
铁路机车钩舌部件长期受到挤压、弯曲、冲击, 造成材料疲劳, 产生细微裂纹, 裂纹在铁路机车长期运行过程中会逐渐扩张, 容易造成重大事故, 因而对铁路机车钩舌裂纹检测十分重要。但铁路机车钩舌部件表面布满铁锈、灰尘、油污等, 常规无损检测技术手段无法直接应用, 本文采用超声热波成像技术对机车钩舌部件进行裂纹检测, 该技术对表面的形状、锈迹、粉尘及污染等不敏感, 在裂纹等缺陷检测中有特殊的应用优势。通过该系统对机车钩舌的裂纹检测, 成功检测出钩舌裂纹缺陷, 验证了该技术对机车钩舌裂纹的检测能力。
超声热波成像 机车钩舌 裂纹检测 ultrasonic thermography, hook tongue, crack detect
1 上海复合材料科技有限公司，上海 201112
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏南京 210046
碳纤维网格面板蜂窝夹层结构具有质量轻、比强度高、比刚度大等优点，在航天产品上得到了广泛的应用。由于碳纤维网格面板蜂窝夹层结构的特殊性，传统无损检测手段对其粘接质量检测效果不理想。本文采用锁相红外热波法对其粘接质量进行检测，模拟了 3种类型的缺陷：网格面板碳纤维之间的脱粘、网格面板与蜂窝之间的脱粘、聚酰亚胺薄膜与网格面板之间的脱粘，并进行了检测。试验结果表明锁相红外热波法对上述 3种类型的缺陷取得了良好的检测效果。
锁相红外热波法 碳纤维网格面板 蜂窝夹层结构 粘接质量 lock-in infrared thermal imaging technology carbon fiber mesh panel honeycomb sandwich structure bonding quality
1 中国民用航空飞行学院航空工程学院，四川 广汉 618307
2 北京飞机修理工程有限公司成都分公司检测中心，四川 成都 610202
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。
红外热波检测 复合材料 热波图像序列 图像处理 infrared thermal wave testing composite thermal image sequence image processing
南京诺威尔光电系统有限公司，江苏 南京 210046
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。
无损检测 激光扫描 热波成像 涂层检测 nondestructive testing laser scanning thermal wave thermography special coating
1 江苏省特种设备安全监督检验研究院，江苏 南京 210036
2 南京诺威尔光电系统有限公司，江苏 南京 210046
3 电子科技大学，四川 成都 610054
红外热波成像是近年来发展较快的一种新型无损检测技术，它是一门跨学科、跨应用领域的通用型实用技术，其三大核心技术包括热激励、红外图像采集及红外图像处理。本文对热激励技术中的闪光灯、激光、卤素灯、红外灯、超声、电磁等几种主要热激励方法的特点及研究现状进行了介绍与对比，分析了采集技术中的制冷与非制冷热像仪各自特点，并对红外图像处理技术中的降噪、增强、序列热图处理及缺陷提取等四大研究方向进行了总结，介绍了相应发展状况和进展。最后总结了该技术的发展趋势。
红外无损检测 热波成像 热波激励 红外图像采集技术 红外图像处理 thermography nondestructive testing thermal excitation IR image acquisition IR image processing
南京诺威尔光电系统有限公司，江苏 南京 210046
随着涂层及薄膜材料的广泛应用，工业界对膜厚的测量与质量控制提出了更高的要求，膜层厚度测试变得尤为重要。针对目前检测方法的不足，介绍了一种激光扫描红外热波测量膜厚的方法。采用“温度波线行波法”分析，使长时间激光扫描样品表面温度场函数简化。基于此，得出激光扫描样品表面的温度时间曲线可以转化为相对应的温度空间曲线与扫描速度的乘积，从而可以把样品表面的温度时间曲线转化为样品表面的温度空间曲线。通过温度空间曲线与理论公式曲线进行拟合，即可测量出膜层的厚度，最后通过自主研发的激光扫描红外热波成像设备对50～350 μm 膜层厚度进行了测量，重复性好且测量精度在5%以内。
激光扫描 红外热波成像 无损检测 温度场 膜厚测量 laser scanning infrared thermography nondestructive testing temperature field film thickness measurement
