电脉冲红外成像技术在变电站直流电源系统故障预测中的应用

随着变电站自动化技术的不断进步,直流电源系统作为保障变电站正常运行的关键组成部分,其可靠性和安全性受到极大关注。电脉冲红外成像技术作为一种非接触式的高精度诊断技术,近年来在电力系统中的应用越来越广泛。文章通过深入分析电脉冲红外成像技术的基本原理和特性,结合变电站直流电源系统的运行机制和故障特性,提出一种新的故障预测模型。

采用脉冲红外成像法的表面下暗藏物蓄热系数的测量

近年来,脉冲红外成像无损评估方法已成功应用于航空航天、汽车制造、新材料等领域。但是对于很多应用,仅发现材料中存在缺陷是不够的,还需要对表面下缺陷热特性进行识别。实验设计制作了一个不锈钢平底孔试件,为了模拟表面下不同性质的暗藏物,在平底孔内分别埋入水、油、石蜡及空气。在试件表面施加均匀脉冲面热源后,试件表面及表面下暗藏物的热物理特性将影响热波的传导。提出了一种使用脉冲红外成像技术测量均匀固体材料下暗藏物质蓄热系数的实验方法。描述并分析了基于两层结构的一维热传导模型和界面热反射系数的计算方法,设计并进行了验证实验,通过对实验获得的材料表面温度变化的热图序列进行处理和分析,计算得到试件中不同暗藏物质的蓄热系数。

CFRP层压板脱黏缺陷红外脉冲热波层析成像检测

为实现基于红外脉冲热波成像检测碳纤维增强塑料(CFRP)层压板脱黏缺陷的三维层析成像,完善外场定量检测保障体系,提高层压板在服役过程中的安全性和可靠性,开展了红外脉冲热波层析成像方法与检测技术研究。制备了一种人工脱粘缺陷试样,采用红外脉冲热波层析成像检测技术对脱粘缺陷进行检测,分析了脱粘区和非脱粘区的表面热信号瞬态响应过程及红外脉冲热波层析成像对脱粘缺陷的检测能力。通过脱粘区与非脱粘区基于对数多项式拟合的重构热信号差,计算得到热信号极值时间图像,分析了脱粘区极值时间变化规律及缺陷状态;采用核函数模糊C均值聚类对相同缺陷深度对应的极值时间数组进行二分类,由此计算数组平均值作为缺陷对应极值时间;将该时间与脱粘区极值时间数组建立统计关系来构造断层图像序列,并计算其对应的缺陷深度;在此基础上,利用等值面绘制方法实现层压板脱粘缺陷三维可视化。研究表明,红外脉冲热波层析成像能够定量检测CFRP层压板脱粘缺陷,准确可靠显示层压板内部缺陷的分布和形貌,检测缺陷深度与实际缺陷深度的最大相对偏差低于15%,对工程应用具有一定指导意义。

基于脉冲红外热成像技术的锂电池端盖焊接质量检测

锂电池端盖作为保障锂电池安全的关键部件,端盖是一种铝制的薄片,采用激光焊接工艺,焊接过程中容易造成焊穿孔、断焊、虚焊的现象,目前主要依靠目视检测、可见光图像检测,但上述检测方式不能检测出虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接进行检测,制作了焊接率为100%、50%、33%、25%共4个试件,采用信号重建方法可以消除试件表面不匀的影响,一阶导图像可以看到焊接区域,焊接率越大,焊接区域亮斑越大;对图像进行二值分割,结果表明激光焊接率和检测面积成正相关线性关系,验证了脉冲红外热成像技术对锂电池端盖焊接质量检测的有效性,为锂电池端盖焊接质量检测提供了一种新方法。

基于脉冲红外热成像的锂电池端盖焊接检测的可行性研究

锂电池的高能量密度可保证锂电池存储更多的电能,同时也带来了更高的危险系数,通常采用电池端盖保障安全。端盖不仅可以起到断路器作用,也可有效释放内部压力。端盖采用激光焊接,很容易造成焊穿孔、断焊、虚焊等现象,目前主要依靠目视检测、图像检测,但上述检测方式不能检测出断焊接、虚焊问题。本文使用脉冲红外热成像技术对激光焊接检测进行可行性研究,制作了焊接率为100%、50%、33%、25%的4个试件,设计了三种检测方案:透射式正面检测、反射式背面检测、反射式正面检测。结果表明脉冲红外热成像技术可用于锂电池端盖焊接质量的检测,并且反射式正面检测效果最佳,不仅可以分辨出焊接率不同的4种试件,而且图像边缘细节更加明显,透射式正面检测和反射式背面检测可分辨是否100%焊接,无法有效分辨出50%、33%、25%三种焊接率的试件。

脉冲和锁相红外热成像检测技术的对比性研究

脉冲红外热成像使用脉冲热源,热源中具有广泛的频率分量,而锁相红外热成像技术使用周期热源,热源频率单一。两种热成像技术的热源工作方式和数据处理方式不同,两种技术各有优缺点。本文利用两种技术分别对电路板和平底洞试件进行了检测,通过实验结果来说明两种热成像技术的区别以及各自的优缺点。

三种图像配准法在近红外脉冲光成像中的应用

分析了基于特征点控制为基础的配准、傅里叶梅林变换、最大互信息法等三种图像配准算法的原理。采用这三种方法对近红外脉冲光乳腺成像系统采集的病例图像实现图像配准,并从配准所需要时间和最终的配准效果两个方面对三种算法的配准效果进行了比较。结果表明,基于特征点控制基础的配准方法所需时间最短,傅里叶梅林变换次之,最大互信息法所需要的时间最长。但是,从最终配准效果来看,最大互信息法明显优于其他两种算法。应用最大互信息法可以有效实现图像的配准,但是在实际应用中,需要对配准时间进行进一步优化。

基于脉冲红外热成像技术的航空发动机封严涂层检测研究

航空发动机封严涂层质量检测仍然没有有效的无损检测手段,目前还是采用外观检查及破坏性检测方法完成。针对航空发动机封严涂层无损检测需求,开展脉冲红外热成像技术研究,采用闪光灯激励,实现对试件表面热激励,通过热像仪采集图像数据;为了提高图像的分辨率,采用1阶导(1-D)进行图像处理。在完成对人工制作厚度为1 mm的封严涂层试件实验检测后,发现该方法能够有效检测出试件中的2个缺陷,并可有效提取出缺陷大小信息,与实际缺陷大小基本一致,验证了脉冲红外热成像技术对封严涂层检测的有效性。

红外热波成像技术在复合材料无损检测中的应用

复合材料的缺陷检测至关重要,介绍了红外热波成像技术的原理特点,重点论述了脉冲红外热波成像技术和锁相红外热波成像技术,采用上述两种技术对多种复合材料进行了检测。试验结果表明:脉冲红外热波成像技术和锁相红外热波成像技术能对多种复合材料的缺陷进行检测。

起重机械金属结构缺陷的热成像技术研究

对起重机械金属结构裂纹缺陷的识别是红外热成像检测技术的新方向。介绍了脉冲红外热成像技术检测原理,设计了脉冲红外热成像检测系统,并根据脉冲红外热成像检测系统搭建了脉冲红外热成像检测系统实验平台。采用中值滤波和巴特沃斯低通滤波对实验中采集到的红外图像进行图像处理,并针对以上算法处理后缺陷轮廓边缘模糊的问题,提出了巴特沃斯带通滤波算法。对图像进行阈值分割、边缘检测后提取出缺陷轮廓特征,根据平板试件的实际尺寸和轮廓特征图像像素之间的换算关系,最终得到裂纹缺陷的识别精度。经过对比验证,脉冲红外热成像技术可以满足对起重机械金属结构裂纹缺陷检测的检测需求。

激光散斑在运动损伤恢复效果检测中的应用

目前方法对运动损伤修复效果检测时,不能清晰获取运动员损伤处的图像,导致检测效果差、精度低,为此,提出应用激光散斑检测运动损伤恢复效果。利用脉冲红外热成像技术获取损伤处的图像,利用激光散斑计算原始图像的变形程度,通过图像的稀疏融合提取图像缺陷特征,结合二进制粒子群算法与混沌算法计算图像的缺陷特征;通过SVM分类器完成对损伤图像的分类,实现对运动员损伤恢复效果的检测。实验结果表明,该方法检测恢复效果的精度高、效果好,与实际损伤恢复效果之间偏差较小。

基于脉冲红外热像法的表面下识别的有限元模拟

利用ANSYS有限元分析软件对不锈钢平底孔两种深度4种缺陷试件进行建模,施加单面热流,模拟了脉冲红外热成像检测过程。计算被检不锈钢表面的温度变化和分布,提取相应缺陷表面对应区域的降温曲线,计算不锈钢-缺陷界面热反射系数,并与实际脉冲红外热成像用于表面下识别检测实验结果进行对比。考察了有限元分析方法用于表面下缺陷类型识别的可行性,为进一步进行脉冲红外热成像用于表面下识别检测提供借鉴。

光伏电池缺陷红外热成像检测与图像序列处理

作为光伏电站的主要组成部分,光伏电池中存在隐裂、划痕、热点和断栅等缺陷,这些缺陷影响着电池的性能和电站的运行状况,因此开展光伏电池的缺陷检测是至关重要的。建立脉冲电致红外热成像(PEIT)实验系统,使用该系统开展含有不同类型缺陷的光伏电池的检测实验并采集红外热图像序列。采用线性判别分析(LDA)和二次判别分析(QDA)两种监督学习算法来处理热图像序列,并与主成分分析(PCA)和多项式拟合相关系数(FCC)两种传统处理算法进行比较。实验结果表明,PEIT算法可以对光伏电池的缺陷进行有效检测,QDA算法在信噪比、信息熵和均方误差三个指标上均优于LDA、PCA和FCC算法,可以实现对光伏电池各类缺陷的有效识别。

Pulse modulated microwave and infrared thermography for superficial hyperthermia

A 3D temperature field distribution of biological tissue for superficial hyperthermia using a pulse modulated microwave （PMMW） was presented. A 3D sliced homogeneous phantom was radiated by the PMMW and an infrared thermal imager was applied to image temperature distribution throughout the phantom. The period of the PMMW is 3 s and the output power is 35 W. The temperature rises by at least 3 ℃ in the phantom when the duty cycle varies from 1/3, 1/2, 2/3 to 1 （denoted by scenarios 1-4）. Both the accumulative temperature-volume histogram and the relative depth-area ratio histogram show that the maximum temperature rise （MTR） is 6.6 and 8 ℃ in scenarios 2 and 3, and they are superior to scenarios 1 and 4. Furthermore, the PMMW can control temperature field distribution of biological tissue. It provides both preliminary basis for thermal volume control and new technology for temperature control and monitor in superficial hyperthermia.

碳纤维复合材料内部缺陷深度的定量红外检测

利用脉冲红外热成像技术对碳纤维复合材料试件内部的模拟脱黏缺陷的深度进行测量,研究在被测物热属性参数未知情况下,碳纤维增强塑料中缺陷深度的测量方法.分析了平板材料在脉冲热源激励下的一维热传导模型;给出了内部缺陷深度的红外测量原理;选用对数温度二阶微分峰值时刻作为特征时间测量缺陷深度;考虑单点标定测量深度可能产生较大的随机误差,提出利用最小二乘法多项式拟合建立阶梯件中阶梯深度与其对应的对数温度时间二阶微分曲线峰值时间两者之间的标定关系式的方法,选择在相对误差平方和最小情形下的拟合关系式作为脱黏缺陷深度测量的标定关系式.实验结果表明,利用该方法测量脱黏缺陷深度的精度优于单点法标定测量结果,实现了在被检测材料热属性参数未知的情况下仍能较准确地测量脱黏缺陷深度.

蜂窝缺陷的红外无损检测及有限元模拟

蜂窝结构在使用过程中,常见的缺陷有脱粘和积水。红外无损检测技术通过对试件主动加热,利用热像仪采集试件表面的红外辐射变化,从而检测出物体的缺陷信息。实验结果表明,蜂窝积水位置的温度要低于参考区域的温度。基于这一现象,利用Ansys有限元软件模拟了蜂窝结构的脉冲红外热成像检测过程,并与实际脉冲红外热成像用于表面下识别检测实验结果进行对比,验证了模拟结果的正确性。对蜂窝结构的积水、脱粘和积油缺陷模拟并进行对比识别,为实际实验提供理论基础。