在本文中，我們分解了使用復(fù)合材料檢測(cè)解決方案的紅外無損檢測(cè)的四個(gè)子類別。

復(fù)合材料的第一次使用記錄很可能是在法老時(shí)代時(shí)期的古埃及。工人們使用稻草和泥漿來制造建筑材料。當(dāng)談到今天的復(fù)合材料時(shí)，人們通常指的是用于航空航天，軍事和賽車或汽車應(yīng)用的先進(jìn)材料。最近，使用復(fù)合材料的最大推動(dòng)力之一是商用飛機(jī)制造商，例如波音公司使用的飛機(jī)。

為了使這些飛機(jī)更加省油，飛機(jī)制造商都設(shè)計(jì)了超過50%的復(fù)合材料飛機(jī)。這些大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)也對(duì)無損材料測(cè)試（NDT）的需求也很大，無論是用于制造還是在役檢測(cè)。

傳統(tǒng)上，超聲無損檢測(cè)已經(jīng)滿足了這一需求。然而，這些飛機(jī)的許多部件正在制造復(fù)雜的形狀和曲率，使得使用需要與被檢測(cè)材料表面真實(shí)（正交）定位的超聲波傳感器變得困難或不切實(shí)際。

熱成像在無損檢測(cè)領(lǐng)域并不像超聲檢測(cè)那樣普遍，盡管它在涉及具有復(fù)雜形狀的大型復(fù)合材料時(shí)具有許多優(yōu)勢(shì)。熱成像無損檢測(cè)技術(shù)屬于有源熱像儀的范疇，因?yàn)槭褂昧酥鲃?dòng)熱激發(fā)源。用于復(fù)合材料檢測(cè)解決方案的熱或紅外（IR）-NDT有四個(gè)子類別：閃光、瞬態(tài)、振動(dòng)熱成像和鎖定熱成像。

閃光熱成像

閃光燈，有時(shí)也稱為脈沖熱成像，使用非常短的能量脈沖，例如由氙氣閃光燈提供的能量，作為測(cè)量的主動(dòng)激勵(lì)。然后使用紅外或熱像儀來記錄材料升溫和冷卻周期的圖像序列。

渦輪葉片的鎖定圖像結(jié)果圖像上的橙色斑點(diǎn)顯示微裂紋，其中一些在表面下方。

在此期間觀察材料表面的熱浪時(shí)，與完整或無缺陷的材料相比，沖擊損傷、空隙、異物夾雜物、崩解物和水夾雜物等缺陷表現(xiàn)為不同的熱物理特性。

這些熱物理差異會(huì)在熱像儀記錄的表面熱波中產(chǎn)生干擾或干擾。這些圖像序列可以包含多達(dá)數(shù)百?gòu)垷釄D像。然后，分析軟件計(jì)算結(jié)果圖像，該圖像基于所應(yīng)用的算法可以顯示為相位角圖像。

振動(dòng)熱成像

在振動(dòng)熱成像系統(tǒng)中，感應(yīng)超聲波用于在材料內(nèi)部或表面的裂紋表面上產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生熱量。然后，在熱像儀的幫助下可以看到這種摩擦熱。這種振動(dòng)熱成像系統(tǒng)的典型應(yīng)用是檢測(cè)陶瓷和金屬的裂紋和微裂紋。

此處顯示了主要測(cè)量設(shè)置。

鎖定式熱成像

可用的更復(fù)雜的熱無損檢測(cè)方法之一是鎖定式熱像儀。使用鎖相熱成像系統(tǒng)的復(fù)合無損檢測(cè)的典型測(cè)量設(shè)置通常涉及用于激勵(lì)的鹵素?zé)簟?/p>

其基本原理是基于在已知激勵(lì)頻率上“鎖定”相機(jī)記錄。因此，通過使用正弦波形對(duì)鹵素?zé)艋螓u素?zé)暨M(jìn)行調(diào)制，可以連續(xù)激發(fā)樣品材料。這具有明顯的優(yōu)勢(shì)，即熱浪或熱波永遠(yuǎn)不會(huì)衰減到攝像機(jī)無法再拾取熱信號(hào)的程度。

例如，對(duì)于閃光或瞬態(tài)熱成像，使用單個(gè)和有限熱脈沖進(jìn)行激發(fā)。最遲，當(dāng)熱波的振幅接近相機(jī)探測(cè)器的本底噪聲時(shí)，有用熱圖像的收集結(jié)束。這反過來又限制了測(cè)量的最大可達(dá)到穿透深度。這在復(fù)合材料中尤其重要，因?yàn)閺?fù)合材料通常也不傳導(dǎo)熱量。

鎖定式熱成像使用快速傅里葉變換（FFT）算法來計(jì)算結(jié)果圖像。圖像數(shù)據(jù)在頻域中逐個(gè)像素地進(jìn)行評(píng)估，并且只允許評(píng)估與激勵(lì)源的頻率完全匹配的信號(hào)，從而消除不需要的熱反射。

事實(shí)上，由于測(cè)量系統(tǒng)的噪聲頻率是隨機(jī)的，因此這種方法可以提高熱靈敏度，使其達(dá)到相機(jī)本身的本底噪聲以下。與IR-NDT方法相比，這顯著提高了鎖相熱成像系統(tǒng)的信噪比（SNR），從而可以檢測(cè)難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。

制冷式紅外熱像儀的典型熱靈敏度約為25毫開爾文（mK）。鎖定式熱成像系統(tǒng)可以將該范圍擴(kuò)展到μK范圍，或100至1，000倍。

使用鎖定式熱成像的其他應(yīng)用示例包括用于無損材料強(qiáng)度無損評(píng)估的熱應(yīng)力分析以及光伏（太陽(yáng)能電池）電池和面板的分流檢測(cè)。