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 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
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
利用ANSYS有限元仿真与试验研究了脉冲红外热波检测技术的影响因素。以玻璃钢、碳纤维及热障涂层三种材料为例进行了仿真, 重点研究了环境、被测材料自身缺陷等因素对脉冲红外热波检测的影响, 并对玻璃钢和碳纤维两种材料的检测能力进行了判定。对碳纤维和玻璃钢材料进行了试验, 研究了实验条件对检测效果的影响, 并给出了玻璃钢和碳纤维两种材料的最佳实验参数。
脉冲红外热波检测技术 影响因素 仿真 玻璃钢 碳纤维 热障涂层 influence factor pulse infrared thermal imaging detection technolog simulation glass fiber reinforced plastics carbon fiber thermal barrier coating
装甲兵工程学院 再制造技术重点实验室, 北京 100072
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。
热障涂层 厚度 红外热波检测 相位特征 小波分解 thermal barrier coating thickness infrared thermal wave detection phase spectra wavelet decomposition 红外与激光工程
2017, 46(9): 0904003
西安热工研究院有限公司, 陕西 西安 710054
在传热学的基础上建立涂层试样的一维热传导模型, 确立了涂层厚度与表面温度差值-帧数直线的斜率、截距以及涂层热扩散率之间的定量关系。以不同厚度的热障涂层试样为例, 采用新型脉冲激光透射法激励, 对热像仪采集到的不同激励功率下涂层表面温度差值-帧数曲线线性拟合, 求得拟合直线的斜率和截距值, 最后计算得到热障涂层厚度值, 结果表明: 激光透射法红外热波检测技术能很好地应用于热障涂层厚度的快速、精确、非接触检测。
红外热波 热障涂层 厚度 脉冲激光 透射法 infrared thermal wave thermal barrier coating thickness pulse laser transmission 红外与激光工程
2017, 46(7): 0704003
西安热工研究院有限公司, 陕西 西安 710054
为快速准确地测量热障涂层厚度, 采用基于热图序列特征时间的闪光灯激励红外热波测量方法, 通过建立半无限大和有限厚度两种平板传热模型, 提出根据热障涂层表面温度对数曲线线性回归时间选择二阶微分曲线负峰值时间的方法, 解决了采用普通帧频热像仪采集的涂层表面温度曲线二阶微分负峰较多, 无法确定特征峰值时间的困难, 热障涂层厚度测量相对误差小于 10%, 满足工程应用要求。
热障涂层 红外热波 热图序列 厚度测量 thermal barrier coating infrared thermal wave thermal image thickness measurement
