紅外相位法無損檢測技術及應用研究.pdf

1、紅外無損檢測技術是一種新型的無損檢測技術，具有非接觸、檢測面積大、檢測速度快等優(yōu)點，在航空航天、汽車制造、機械及核工業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等領域得到了廣泛應用。采用周期激勵的紅外無損檢測技術利用被測試件表面熱波與激勵信號同頻的原理進行分析，由于此熱波信號的相位比幅值包含更多的缺陷信息，對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式紅外無損檢測技術的相位分析方法和實驗參數(shù)確定方法，為定量化評價缺陷尺度和深度信息提供理

2、論基礎，為工程檢測中激勵參數(shù)的確定提供理論依據(jù)。本課題研究內容如下：
　　基于主動式紅外無損檢測原理，分析不同形式熱流在介質內的傳遞過程。根據(jù)相位法無損檢測采用調制周期信號為激勵的規(guī)律，對按正弦規(guī)律變化的熱流在多層介質構成試件中的傳遞進行了理論分析，確定了試件表面熱波信號的幅值和相位與試件介質熱物性之間的關系。通過理論分析了試件表面熱波信號的相位與試件內部缺陷尺度特征之間的關系。建立了基于介質內體積元熱傳導性質的三維熱傳導有限差分

3、模型，編寫了三維熱傳導有限差分計算程序。通過有限差分仿真計算了含有設定熱物性缺陷的試件在不同頻率熱流激勵下的溫度場分布，為定量化評價缺陷物性參數(shù)和缺陷尺寸信息提供理論依據(jù)，通過對模擬缺陷試件的實驗驗證了其準確性。
　　基于紅外相位法無損檢測原理，設計了國產化檢測設備，研制了調制光激勵系統(tǒng)，開發(fā)了紅外無損檢測圖像序列處理軟件系統(tǒng)。通過對主動式紅外無損檢測激勵光源的光譜分布和響應特性的測試，分析了激勵光源光譜特性對實驗的影響，確定了實

4、驗用激勵光源，開發(fā)了適用于相位法無損檢測的軟件系統(tǒng)，實現(xiàn)了相位法紅外無損檢測圖像序列多種算法處理。
　　為實現(xiàn)采用紅外圖像序列對試件表面熱波信號重構和相位信息提取，研究了相位提取算法。針對周期激勵所得到的試件表面熱波信號含有周期分量和直流分量的特點，對表面熱波信號進行了預處理。采用4點平均算法、相關算法、最小平方算法、多項式擬合系數(shù)算法、粒子群算法和主元分析法提取熱波信號的幅值、相位并進行信號重構。通過實驗對上述算法進行對比，實驗

5、結果表明，在已知激勵調制頻率時，采用相關算法可以快速準確地確定熱波信號的相位信息。
　　為定量化確定缺陷深度，將進化神經網(wǎng)絡算法引入到相位法紅外無損檢測中。分別采用紅外圖像序列中時間-溫度信息和相位信息作為網(wǎng)絡的輸入進行訓練，缺陷深度為輸出信息，通過模擬缺陷實驗評價兩種進化神經網(wǎng)絡的準確性。為確定相位法紅外無損檢測最優(yōu)化實驗參數(shù)，通過多目標進化算法對實驗的激勵頻率、激勵時間等參數(shù)進行優(yōu)化。以無損區(qū)域與有損區(qū)域對應表面相位差及溫度差