新兴的无损检测技术——-红外热波成像检测

　　红外无损检测主要是根据被探测物体的温度场来确定缺陷的存在和形状,因此,其在数学上是求解与导热问题有关的微分方程的几何反问题,即根据红外信号重建缺陷信息。反问题求解的输入为材料参数、加热参数、温度空间分布以及温度随时间的变化;输出为缺陷横向尺寸、缺陷厚度和深度。

　　红外无损检测按照检测方式可以分为主动式和被动式两大类。主动式检测是利用外部热源作为激励源对工件加热,利用红外热像仪获得不同时刻工件表面的温度分布,以检测材料的内部是否存在缺陷;被动式检测则是利用工件自身的温度分布来检测工件内部的缺陷,多用于运行中的设备和电子元器件的检测。

　　通常所指的红外热波成像检测是指主动式红外无损检测,也是红外无损检测工程应用中,应用最多、最广泛的方法。

　　1　红外热波成像检测的理论基础及原理

　　红外热波成像检测技术是建立在电磁辐射和热传导理论基础上的一门无损探伤技术。由热辐射普朗克定律导出斯蒂芬2波尔兹曼定律,即

　　式中　ε———灰体的发射系数

　　σ———斯蒂芬2波尔兹曼常数

　　W,T———物体的辐射强度和绝对温度

　　因此,物体具有不同的温度和发射系数,热像仪接收来自物体的辐射,便可测定物体表面的温度场分布。

　　而热传导理论最根本的任务就是确定物体内的温度分布。把热流与温度联系起来的是傅里叶定律,即

　　式中　q(r,t)———单位面积上在温度降低方向上单位时间的热流量

　　k———材料的导热系数

　　T(r,t)———物体内部温度时空分布

　　(r,t)———温度梯度

　　它揭示了热流量与温度梯度之间的关系。通常用热传导微分方程来描述温度场时空域的内在联系

　　式中　qv———热源项

　　α———热扩散系数

　　α=k/ρc

　　ρ———材料密度

　　c———材料比热容

　　由电磁辐射理论可知,只要物体温度在绝对零度以上,它就会向外界发出辐射,同时也会吸收来自外界的辐射,一般情况下,这种辐射与吸收处于平衡状态。红外热波成像检测针对被检物材质、结构和缺陷类型及检测条件,利用周期、脉冲和阶梯等变化性热源施加的热能打破被检测试件的热平衡状态,在被检测试件内部造成热传导,不同媒介材料表面及表面下的物理特性和边界条件将影响热波的传输,并以某种方式在媒介材料表面的温度场变化上反映出来,采用红外成像对时序辐射信号进行捕捉和数据采集,应用软件技术实现对实时图像信号的处理和分析,可获取材料的均匀性信息和表面及其以下的结构信息,从而达到检测和探伤的目的。