离体龋齿的光热锁相成像检测试验

牙齿龋损是人类一种广泛存在的口腔疾病,如何能够尽早的发现早期龋齿,对患者牙齿龋损的预防与治疗具有重要意义。介绍了基于光热效应的光热锁相热成像技术,光热锁相热成像技术具有无损伤、高效率及探测面积大等优势被广泛应用于各类材料的无损检测。基于光热锁相热成像技术原理对人为模拟龋损的人类离体牙齿组织进行成像检测试验研究。首先开展了对不同模拟龋损位置离体牙齿的光热锁相成像试验,采用防酸指甲油对牙齿组织测试面进行开窗受控龋损(开窗大小为5mm×5mm),其中模拟龋损部位分别选择在牙齿组织的邻接面及牙颌面。试验结果显示,牙齿组织模拟龋损位置热波幅值增大,相位滞后增大且光热锁相成像的幅值图与相位图与X射线成像相比对模拟龋损部位表现出高敏感及高特异性;光热锁相成像技术对邻接面龋损比牙颌面龋损具有较高特异性。其次开展了对平滑面牙齿组织样本的多天(0,1,2,4及6d)模拟龋损光热锁相成像跟踪试验研究,牙齿组织龋损程度采用X射线方法进行量化。试验结果表明,当龋损时间小于6d时,X射线方法无法对龋损位置进行有效识别,而采用光热锁相热成像技术检测模拟龋损1d的牙齿组织时,幅值差为3.82,相位差为10.57°,证明光热锁相热成像方法对牙齿组织龋损具有较高敏感性。提取的光热锁相成像幅值与相位与龋损时间具有良好的相关性。

材料亚表面/表面缺陷锁相红外热成像检测研究现状与趋势

材料亚表面/表面缺陷的有效检测是确保结构安全性和可靠性的重要保证。锁相红外热成像是主动红外热成像中的一个分支,因具有加热激励功率强度低、对不均匀加热和表面发射率变化不敏感等优点,被广泛用于材料亚表面分层、脱粘等缺陷检测。近年来随着研究的不断深入,锁相红外热成像在表面裂纹检测和深度量化上也提出了有效的表征方法。微小、深埋、不规则等缺陷检测以及非均质材料和复杂结构中的缺陷检测一直是热点和难点问题。国内外学者致力于提出新的缺陷表征方法,并减少噪声、横向热扩散等因素对缺陷检测的影响,提高缺陷定性检测和定量表征能力。本文从缺陷特征提取方法、检测影响因素等角度入手对国内外学者的研究进行总结,总结了锁相红外热成像在材料亚表面和表面缺陷检测的研究进展,并对锁相红外热成像的前景进行了展望。

红外图像序列处理的锁相热成像理论与试验

红外锁相热成像技术是一种基于热波信号处理的主动式红外热成像技术,特别适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测。阐述了红外锁相热成像技术的原理,采用有限元方法对正弦规律变化的热流在构件中的传递过程进行了分析。利用正弦规律调制光源作为热激励源对不同材料的试件加载,通过Jade MWIR 550焦平面红外热像仪进行图像序列的采集,深入研究了图像序列数字滤波算法,并采用Savitzky-Golay数字平滑滤波算法消除了高频噪声的影响,在此基础上,利用FFT算法得到了热波信号的幅值与相位图像,并采用Visual C++平台开发了基于图像序列处理的红外锁相软件检测系统。试验结果表明,通过选取适当的激励加载频率可准确获得缺陷特征。

钛合金蜂窝结构蒙皮脱焊缺陷锁相红外热成像检测

蒙皮脱焊是钛合金蜂窝结构制造和服役过程中最常见的缺陷类型。受钛合金材料热导率低的影响,钛合金蜂窝结构中蒙皮越厚,红外热成像检测时其表面反映脱焊缺陷信息的温度差异信号就越弱,检测难度就越大。针对这一问题,研究了不同蒙皮厚度钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测时调制频率的选取范围。建立了钛合金蜂窝结构锁相红外热成像检测有限元模型,分析了蒙皮表面温度在调制热流作用下的变化历程,基于相关算法提取了蒙皮表面对应缺陷区和非缺陷区的相位差,分析了相位差与调制频率、蒙皮厚度的关系。利用锁相红外热成像检测系统对预制脱焊缺陷的蜂窝试件进行了实验研究,获得了缺陷区与非缺陷区信号相位差与调制频率的关系。研究结果表明,针对蒙皮厚度为0.6-2.0 mm的钛合金蜂窝结构,采用0.04-0.10 Hz的调制频率能够获得最佳检测结果。研究结果为钛合金蜂窝结构实际检测提供了工艺指导。

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。

锁相红外热成像技术应用于复合材料连接接头全场应力测量研究（英文）

为了克服传统电测法测量结构应力的种种不足,文章对应用锁相红外热成像技术进行复合材料结构应力测量的可行性进行了研究。在研究中,首先结合正交各向异性复合材料的热弹性理论(TSA),提出了一种有效而又简洁的试验标定方法,并通过标定试验获取了文中所用玻璃钢材料所需的合理的加载频率f以及标定参数K,然后对两种典型的船用玻璃钢复合材料连接接头内的应力分布进行了测量,通过与数值计算结果的对比,验证了锁相红外热成像技术是一种快速、高效和可靠的结构全场应力测量手段。

锁相热成像无损检测方法的基础实验研究

红外热成像技术是一种新型的无损检测技术,能够成功应用于各种类型材料缺陷检测,但随着无损检测要求的不断提高,特别是对于新型航空航天材料的缺陷检测,如微小尺度缺陷和疲劳损伤等,因此需要加强各种无损检测技术在检测微弱信号方面的能力。锁相热成像技术是一种高灵敏度的热成像技术,在此主要探讨了锁相热成像技术的原理、实现方法以及实验中注意的问题。

涡流锁相热成像的多层异种金属无损检测系统

金属与金属粘接结构的多层材料广泛应用于航空航天、核工业等领域。由于其结构复杂,对其进行缺陷检测存在一定困难。此无损检测系统采用涡流锁相热成像的方法,设计激励源对锁相信号进行功率放大,用于驱动激励线圈。利用红外热像仪记录材料表面的温度分布,并通过电脑对红外图像序列进行数据处理得到温度的相位图和幅度图,用于铅钢试样脱粘的缺陷检测,并与涡流脉冲热成像的无损检测方法进行对比。实验结果证明:该系统具有较好的信噪比,能够实际应用于金属与金属粘接结构的缺陷检测。

红外热成像无损检测系统锁相热激励源的研制

近年来,我国航空航天、车辆工程及船舶制造业发展迅速,对产品加工工艺及性能指标的要求不断提高。无损检测(NDT)技术也因此越来越受到重视。其中,红外热成像(IRT)无损检测技术作为潜力巨大的无损检测与评估技术,正受到广泛关注。传统的锁相热激励源(ES)由于输出功率低、锁相频率不可调,导致红外热像仪采集不清晰、图像分析效果不理想,很多产品已不能满足后级系统对光照强度的要求。通过对光锁相热成像(LIT)需求的分析,从电力电子的角度入手,采用功率器件搭建创新型拓扑,设计了一种最大输出交流电压250 V、电流10 A的新型大功率红外热成像(ITI)检测热激励源。详细叙述了该锁相热成像激励源的构成、参数计算及工作过程、原理,并通过试验对其进行了测试和验证。将该大功率激励源应用于红外热成像无损检测领域,降低了后级系统对时序热波信号进行数据采集的难度,有利于对缺陷进行更精确的分析。后期将实现系统多级并联,使其输出更高功率,满足红外热成像无损检测系统对更大功率激励源的需求。

基于涡流锁相热成像的刹车片内部气泡检测

刹车片是汽车必不可少的制动部件,其内部气泡严重影响行车安全。传统敲击听声检测方法主观性强,检测效率低,难以满足准确高效的检测需求。基于涡流锁相热成像具有非接触、大面积检测的特点,将其应用于少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡检测。采用有限元仿真探索了刹车片结构和内部气泡对相位的影响,并以背钢处相位为参考,分离出气泡存在。对刹车片试样进行检测,并采用水切割观察剖面的方法验证结果。实验表明涡流锁相热成像检测方法能有效检测少金属摩擦材料汽车刹车片的内部气泡。

单向碳纤维增强复合材料的锁相涡流热成像检测盲区

以单向碳纤维复合材料为研究对象,使用锁相涡流热成像技术对试件加热并记录了红外热像图,获得具有较高信噪比的幅值和相位图;对涡流加热过程建立了有限元模型并进行了仿真分析。试验结果表明:单向碳纤维复合材料会产生加热盲区,涡流加热存在非均匀性;仿真结果与试验结果有较高的一致性,涡流向量中与碳纤维垂直的分量直接导致了涡流加热的非均匀性。检测盲区的发现,有助于指导碳纤维增强复合材料的涡流热成像无损检测。

压力管道内部裂纹缺陷的锁相红外热成像检测研究

为研究压力管道裂纹缺陷的锁相红外热成像检测技术,提升压力管道运行的安全性。针对具有大曲面结构的压力管道内部缺陷锁相红外热成像检测的难点问题,采用数值模拟方法研究分析加载热源频率对管道内部轴向裂纹、环形裂纹缺陷辨识的影响规律,提出以表面温度相位差峰值以及展宽为依据的裂纹缺陷检测最优频率的确定方法,讨论不同深度裂纹缺陷检测的温度相位差与热源频率的关联规律。研究结果表明:锁相红外热成像方法能够应用于大曲面结构压力管道内部裂纹缺陷检测,对于压力管道内特定深度的缺陷辨识存在最优的热源频率范围。研究成果可为锁相红外热成像技术在压力管道安全检测领域的应用提供参考。

基于锁相红外热成像技术的电力设备防护涂层质量检测

为解决输变电设备外绝缘表面防护涂层质量检测难题,基于锁相红外热成像技术,自主研制了一款锁相红外热成像设备并进行检测试验。研制的系统采用LED(发光二极管)作为热激励源,具有启动时间短、寿命长、加热更均匀等优点。经试验验证,该锁相红外热成像系统可检测出防护涂层内部异物、防护涂层不均匀等问题,同时可以实现防护涂层厚度的测量,有望为防护涂层质量检测提供一种新方法。

基于光学斩波的锁相热波成像技术

由于大功率热源通常具有启动慢和热惯性大等特点,很难实现高频周期性的调制。提出了采用红外卤素灯阵列结合光学斩波器的方法,实现对热激励源的高频率周期性调制。在此基础上,研制了一款新型的基于卤素灯阵列的锁相热波成像系统。该系统既可以对热源进行宽频率范围的周期性调制,从而进行锁相热波成像,也可以实现长周期的单脉冲热波成像检测。进行了几种样品的锁相热波成像试验,结果表明:采用4Hz的锁相频率可以检测太阳能电池片的黏接质量;而采用0.01Hz的锁相频率可以检测出碳纤维复合材料中深度为4.7mm处的缺陷。

锁相热波成像技术对涂层厚度的测量

针对锁相热波成像技术在涂层厚度检测上的应用,简介了锁相热波成像技术基本原理,通过理论曲线分析了涂层厚度与相位的关系,结果表明采用锁相热波成像技术可有效测量涂层厚度。介绍了自行设计开发的锁相热波成像涂层检测系统,利用该系统对涂层试件进行了检测试验。结果表明:锁相频率为0.17Hz时,对于20~150μm涂层厚度的检测的重复性好,相对标准误差在2.5%以内,对红外热像技术在涂层测量领域的应用具有指导意义。

锁相红外热成像与FIB在失效分析中的联用

锁相红外热成像技术是用来定位集成电路热部位的一种有效的失效分析手段,此技术可用来定位集成电路的低阻、高阻和功能失效。定位到热点后,要用物理分析方法如平面研磨、剖面制样手段验证热点是否为失效点。使用锁相红外热成像技术对小热点定位有一定的误差,联用FIB系统对电路进行剖面切割制样,找出失效根因,既能定位热点区域较小的失效点,又能避免化学处理对失效点的破坏。对集成电路阻值增大和漏电流偏大两种失效模式案例进行了分析,结果表明联用技术可成功应用于芯片内部多晶硅烧毁或层间击穿的失效分析,解决热点定位误差和化学处理破坏结构的难题。

基于RPCA-FFT的复合材料冲击损伤缺陷成像

针对传统锁相热成像缺陷特征提取算法存在对比度较低和小缺陷易丢失问题,提出了基于鲁棒主成分分析(RPCA)与FFT相结合的缺陷检测算法,并用非精确增广拉格朗日乘子法(IALM)求解RPCA模型。将原始红外热波序列向量化为二维矩阵,通过RPCA将数据分解成两部分:近似提取非均匀背景的低秩矩阵,反映缺陷信息的稀疏矩阵,对得到的稀疏矩阵使用FFT求得去除非均匀背景的幅度与相位图,针对求解RPCA模型时IALM需人为引入初始值,影响优化结果等问题,使用暴龙优化算法(TROA),选取信杂比增益和背景抑制因子构建适应度函数,对初始平衡参数和惩罚因子进行优化。实验结果表明,该算法所得图像对比突出、小缺陷信息明显,客观评价指标优于其他算法,其中熵值有了大幅度的减小,有效抑制热波图像非均匀背景。

基于红外热成像的涂层厚度检测及均匀性评价

锁相红外涂层厚度检测技术具有非接触、面测量等优势,具有广阔的应用前景。制作变厚度涂层试件对锁相红外涂层厚度检测参数进行优化,建立了锁相红外涂层厚度检测标定曲线,制定了其涂层厚度检测合格要求与均匀性评价方法。最后,通过试验验证了基于锁相红外热成像技术的涂层均匀性评价方法的准确性和有效性。

太阳能电池开路电压非接触定量成像检测

太阳能电池的开路电压(Voc)是影响太阳能电池的光电转化效率重要参数之一.为了准确检测太阳能电池开路电压图像,首先利用有限元仿真方法得到了太阳能电池开路电压与发光成像强度之间的关系;其次基于调制光致载流子锁相成像(LIC)系统对商用单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池进行了开路电压非接触定量成像研究,并与光致发光成像检测方法(PL)对比;最后利用LIC方法对不同注量1 MeV电子辐照Ga As太阳能电池进行开路电压成像研究.结果表明:LIC方法和PL方法均能获得太阳能电池的开路电压分布,且两种方法所测得的单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池开路电压均值均与Sun-Voc方法所测结果一致,误差小于1%.利用LIC方法测得开路电压分布结果与PL检测方法吻合,相比PL检测方法,LIC检测结果信噪比更高,且检测过程更简单;对不同注量1 MeV电子辐照的Ga As电池的开路电压进行LIC成像的结果与电测结果吻合,为分析辐照电池局部损伤提供了一种新方法.

红外锁相法热波检测技术及缺陷深度测量

研究了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。建立了二维热传导有限差分模型,采用该模型计算了强度按正弦规律变化的热流引起试件表面温度变化的历程,基于锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的准稳态温度变化,并计算了二者的相位差。然后,建立了热波在试件中传导的热-电等效模型,利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究,得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系。最后,采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际焊接构件进行了无损检测试验。结果显示,有限差分模型和热-电等效模型计算有缺陷与无缺陷处的相位差与试验结果基本一致,偏差<5%,表明采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确地获得缺陷大小、位置等,该技术也适用于有复杂曲面结构的构件。