超声红外热像技术及其在无损评价中的应用

　　1引言

　　由于高新技术和国防工业的发展，特别是航空、航天技术和核工业等的发展，对安全和可靠性的要求越来越高，无损评价或无损检测技术的应用越显重要。作为传统的无损检测技术，常用的有超声波、X一射线、涡流、染色和磁粉等检测技术，半个多世纪以来广泛应用于机械工业、核工业和航空航天技术。各种技术都有其特殊的优点和不足之处，其应用范围各有一定限制。因此，随着现代科学技术的发展，新的无损检测和评价技术不断涌现出来。

　　利用红外技术对固体表面的温度分布进行扫描成像，可反映固体内部结构(如空穴和裂纹等缺陷)。传统的无外源红外扫描成像技术，很久以前就开始用于化工设备、建筑物、传输线阅一一和电子器件等的连续观测，如炉壁厚度检测、发热部件和周围的热交换阻断检测和集成电路的失效元件检测等等队2〕。对于温度均匀的设备，又可以适当方式激发热流通过被检测的固体材料，注入的热量使缺陷表面局部温度明显改变，利用红外扫描成像技术记录下温度场的分布，即利用有源模式红外扫描成像技术进行检测阁。这些红外技术不需要物理接触或藕合剂，且没有放射性危害等优点，然而检测速度较慢。一种新技术要被人们接受，并得到广泛应用，必须具有很强的应用潜力，如可靠性、灵敏度、检测速度和使用经济等优点，才能具有竞争力。

　　本文介绍的超声红外热像技术，发挥超声和红外热像技术的优点阵51。利用超声在传播路径上由于缺陷等不均匀结构引起超声的附加衰减，使缺陷局部温度升高，同时利用红外照相机以较大的视场显示被检测物体的表面温度分布，而不必考虑超声源与缺陷之间的的相对方位和距离。由此，利用超声红外热像技术来显示设备的缺陷或其他不均匀结构，具有可靠性强、灵敏度高、检测速度快和使用方便等优点，必然会引起高度重视，并得到广泛应用。

　　2发展概况

　　自20世纪70年代中期光声效应研究复苏以来，随着现代光声学科的发展，光热效应研究相应发展起来，因为光声效应可以看作是光热和热声两个效应组合的结果。光热效应检测有多种方法，Busse等[0]提出利用强度调制的激光引起样品温度升高而产生红外辐射，利用红外光电器件接收这红外辐射，称为光热辐射技术。由于光束聚焦照射于样品，光束必须扫描才能检测样品的不均匀结构(如亚表面的缺陷)，这是很初步的光热检测实验。

　　另一方面，Ku。等[v]提出利用氛灯闪光光源作为激发源，光束大面积照射在测试的样品(机件)上，样品吸收脉冲光能而产生热并发出红外辐射，利用红外视频照相机接收样品发出的红外辐射，可以使样品表面(或亚表面)的温度分布实时成像，其成像装置如图l所示。如果样品结构不均匀，则引起表面(或亚表面)的温度分布不均匀，因此可以检测样品的缺陷、杂质或其他不均匀结构，亦称为光热红外成像技术固。其优点是可以非接触式、实时地进行较大面积的检测。缺点是灵敏度和信噪比不是很高，因为微小的不均匀结构对光的吸收、以及随之产生的热量与本底差异不是很大。为了提高灵敏度和信噪比，必须使光源强度加大，所以常常需要用多个千瓦级的氛灯同时照射样品，或者采用锁相(Lock一in)或积分平均(Boxcar)技术，以改善信噪比〕，但是这样降低了成像速度，不利于实时成像。