紅外相位法無損檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用研究.pdf

1、紅外無損檢測(cè)技術(shù)是一種新型的無損檢測(cè)技術(shù)，具有非接觸、檢測(cè)面積大、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，在航空航天、汽車制造、機(jī)械及核工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。采用周期激勵(lì)的紅外無損檢測(cè)技術(shù)利用被測(cè)試件表面熱波與激勵(lì)信號(hào)同頻的原理進(jìn)行分析，由于此熱波信號(hào)的相位比幅值包含更多的缺陷信息，對(duì)相位信息的分析研究已成為研究的發(fā)展方向。
　　本課題主要研究用于主動(dòng)式紅外無損檢測(cè)技術(shù)的相位分析方法和實(shí)驗(yàn)參數(shù)確定方法，為定量化評(píng)價(jià)缺陷尺度和深度信息提供理

2、論基礎(chǔ)，為工程檢測(cè)中激勵(lì)參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。本課題研究?jī)?nèi)容如下：
　　基于主動(dòng)式紅外無損檢測(cè)原理，分析不同形式熱流在介質(zhì)內(nèi)的傳遞過程。根據(jù)相位法無損檢測(cè)采用調(diào)制周期信號(hào)為激勵(lì)的規(guī)律，對(duì)按正弦規(guī)律變化的熱流在多層介質(zhì)構(gòu)成試件中的傳遞進(jìn)行了理論分析，確定了試件表面熱波信號(hào)的幅值和相位與試件介質(zhì)熱物性之間的關(guān)系。通過理論分析了試件表面熱波信號(hào)的相位與試件內(nèi)部缺陷尺度特征之間的關(guān)系。建立了基于介質(zhì)內(nèi)體積元熱傳導(dǎo)性質(zhì)的三維熱傳導(dǎo)有限差分

3、模型，編寫了三維熱傳導(dǎo)有限差分計(jì)算程序。通過有限差分仿真計(jì)算了含有設(shè)定熱物性缺陷的試件在不同頻率熱流激勵(lì)下的溫度場(chǎng)分布，為定量化評(píng)價(jià)缺陷物性參數(shù)和缺陷尺寸信息提供理論依據(jù)，通過對(duì)模擬缺陷試件的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其準(zhǔn)確性。
　　基于紅外相位法無損檢測(cè)原理，設(shè)計(jì)了國產(chǎn)化檢測(cè)設(shè)備，研制了調(diào)制光激勵(lì)系統(tǒng)，開發(fā)了紅外無損檢測(cè)圖像序列處理軟件系統(tǒng)。通過對(duì)主動(dòng)式紅外無損檢測(cè)激勵(lì)光源的光譜分布和響應(yīng)特性的測(cè)試，分析了激勵(lì)光源光譜特性對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，確定了實(shí)

4、驗(yàn)用激勵(lì)光源，開發(fā)了適用于相位法無損檢測(cè)的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了相位法紅外無損檢測(cè)圖像序列多種算法處理。
　　為實(shí)現(xiàn)采用紅外圖像序列對(duì)試件表面熱波信號(hào)重構(gòu)和相位信息提取，研究了相位提取算法。針對(duì)周期激勵(lì)所得到的試件表面熱波信號(hào)含有周期分量和直流分量的特點(diǎn)，對(duì)表面熱波信號(hào)進(jìn)行了預(yù)處理。采用4點(diǎn)平均算法、相關(guān)算法、最小平方算法、多項(xiàng)式擬合系數(shù)算法、粒子群算法和主元分析法提取熱波信號(hào)的幅值、相位并進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)。通過實(shí)驗(yàn)對(duì)上述算法進(jìn)行對(duì)比，實(shí)驗(yàn)

5、結(jié)果表明，在已知激勵(lì)調(diào)制頻率時(shí)，采用相關(guān)算法可以快速準(zhǔn)確地確定熱波信號(hào)的相位信息。
　　為定量化確定缺陷深度，將進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法引入到相位法紅外無損檢測(cè)中。分別采用紅外圖像序列中時(shí)間-溫度信息和相位信息作為網(wǎng)絡(luò)的輸入進(jìn)行訓(xùn)練，缺陷深度為輸出信息，通過模擬缺陷實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)兩種進(jìn)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性。為確定相位法紅外無損檢測(cè)最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)，通過多目標(biāo)進(jìn)化算法對(duì)實(shí)驗(yàn)的激勵(lì)頻率、激勵(lì)時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以無損區(qū)域與有損區(qū)域?qū)?yīng)表面相位差及溫度差