蜂窝结构积水的脉冲相位红外成像检测

    引言

    复合材料蜂窝结构质量轻，强度和刚度高，电磁波穿透性好，在航空航天等领域得到了广泛的应用。蜂窝结构在制造和服役过程中，都会形成缺陷，缺陷的存在严重制约了蜂窝结构的应用。复合材料蜂窝结构的内部缺陷的无损检测一直是人们的研究热点。积水和脱粘是蜂窝结构复合材料的两种最主要的缺陷形式。

     红外无损检测方法具有非接触、检测快速、一次检测面积大等优点，具有很广泛的用途，成为非常重要的无损检测方法^[1,2]。但是红外辐射检测方法也面临许多问题，如加热不均、检测对象表面发射率、表面形状对检测的影响等问题，这些因素使得红外辐射检测缺陷的能力受到限制，因此探索新的红外辐射测量方法是红外无损检测面临的重要课题^[3～5]。

    脉冲相位辐射测量方法是目前出现的新的辐射测量方法^[6,7]。它结合了红外检测、调制激励、信号探测与处理等多方面的技术，近年来发展迅速。根据激励方式的不同辐射测量技术有脉冲激励、调制激励等多种。在脉冲辐射测量中激励热波包含许多不同频率成分，而在调制辐射测量中一次只有一种热激励频率。将两种技术联合起来，即对热激励脉冲提取不同频率信号并分析试件的频谱响应，称为脉冲相位测量技术（PPT Pulsed Phase Thermography）。同调制辐射测量相比，PPT 用一个单独实验可以获得多个频率分析结果，而调制辐射测量技术对每个频率检测都需要进行一次实验。脉冲辐射测量可用于暂态过程而调制辐射测量用于稳态过程，频谱分析将两者联系起来。脉冲相位辐射测量方法既有脉冲辐射测量快速的特点，又有调制辐射测量抗干扰能力强信号分析简单的优点，所以引起人们广泛关注。本文在介绍脉冲相位辐射测量方法基本原理的基础上，分别采用双面法和单面法对蜂窝复合材料积水进行了检测，给出了实际检测的结果，并对检测结果进行了对比。实验结果表明，该技术抗干扰能力强，改善了检测结果。

    1 脉冲相位红外辐射成像检测

    1.1 PPT 的原理

    在脉冲相位辐射测量中，采用红外热成像设备对热激励过程中被测试件进行热图像采集，获得随时间变化的一系列热图像，然后对采集的序列热图像中每一像素用一维离散傅立叶变换进行变换。热图像中每一像素(x,y)的时间变化用有 N 个值的矢量 I(k)表示，I(k)是图像序列中第 k 幅热图(x,y)处的像素灰度值。用离散傅立叶变换计算实部 Re_n和虚部 Im_n，获得幅值A_n和相位Φ_n。