玻璃钢试件红外热波检测能力研究

　　红外热波无损检测技术是一种主动式的红外检测技术。热波理论研究各种热源(如周期、脉冲和阶梯函数热源)与媒介材料及其几何结构之间的相互作用。被加热后,不同材料表面及表面下的物理结构特性及边界条件将影响热波的传输,并将影响媒介材料表面的温场变化[1]。试件内部不同深度的信息在试件表面显现的时间不同,采集到的数据图像序列(热图序列)就会反映内部不同深度的信息,从而达到检测的目的。笔者在已知玻璃钢试件内部缺陷参数和缺陷性质的前提下,利用闪光灯脉冲热源和瑞典的ThermaCAMTMSC3000红外热像仪在不同加热能量和不同热像仪采样频率下,研究红外热波技术对该试件内部不同深度和不同尺寸缺陷的检测能力,并分析影响检测能力的因素。

　　1　试验设备

　　检测设备包括热激励系统、热像仪和计算机。热激励系统由电容、闪光灯和防光泄漏罩组成,脉冲闪光灯最大能量可达4.8 kJ,分为九个档位。红外热像仪选用瑞典的ThermaCAMTMSC3000,探测波长为8~9μm,具有尖端制冷型量子阱红外探测器和高可靠性的内循环制冷器,可提供优异的图像分辨率、极高的热灵敏度以及超宽的动态范围。温度分辨率在室温下<0.03℃[2]。用图像处理软件MOSAIQ进行数据处理并显示时序热图像。

　　2　检测过程

　　红外热波检测过程可分五个阶段:

　　(1)可见光(高能闪光灯)加热试件。

　　(2)热在试件内传导,在绝热型缺陷处受阻。

　　(3)缺陷上方试件表面与其它区域出现温差。

　　(4)红外热像仪记录试件表面温差。

　　(5)计算机采集数据、处理数据和显示图像。

3　试件设计

　　试件设计图如图1所示,在一块厚度为15 mm的平板玻璃钢上设计六个斜槽形状的缺陷,斜槽可以体现缺陷尺寸的线性变化,缺陷的性质为空气。六个槽的深度从2~7 mm依次递增,体现缺陷深度的线性变化。需要指出的是图1是背视图,这里所说的深度并不是槽本身的深度,而是从正面(检测平面)到槽底部的厚度。为了减少加工试件的难度,斜槽的一个边设计为直边,槽的尖端设计为2 mm,槽的厚度从2 mm开始递增。

　　4　试验过程

　　试验中将试件正面(检测平面)与热源(闪光灯)和热像仪正对,试件与热源距离约为30 cm,试件与热像仪距离约为42 cm。试验的环境温度为25℃。玻璃钢试件的热传导虽然比空气大,但是自身热传导也比较小,因此数据采集时间最小定为30 s。

　　4.1　相同采样频率和采样时间,不同加热能量下的试验分析

　　该组试验分为三组,采样频率均为60 Hz,采样时间均为30 s,加热能量依次用1档(约0.5 kJ)、5档(约2.6 kJ)和9档(约4.8 kJ),对应的图像标为(a),(b)和(c)。由于检测面是正面,相当于将图1　　翻转,所以图像中最右侧的槽深度为2 mm,显现的时间较早。