[发明专利]非接触超声热激励红外热成像无损检测方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及无损探伤检测技术领域，特别是涉及一种非接触超声激励的红外 成像无损检测方法和系统。

背景技术

红外热波无损检测技术是二十世纪九十年代后发展起来的一种无损检测技 术。此方法以热波理论为理论依据，通过主动对被检测物体施加特殊模式的可控 热激励、并采用红外热像仪连续观察和记录物体表面的温场变化，并通过现代计 算机技术及图像信息处理技术进行时序热波信号的探测、采集、数据处理和分析， 以实现对物体内部缺陷或损伤的定量诊断。

红外热波无损检测技术的关键技术之一是针对各种材质、结构的被检物以及 缺陷和损伤的类型，选择不同特性的热源对物体进行周期、脉冲、直流等函数形 式的加热。其中超声红外无损检测方法是采用超声波对被检物体加热，并用红外 热像仪记录物体表面温场的变化。与闪光灯脉冲激励红外热像无损检测方法相比， 超声波仅加热缺陷部位，而对其它没有缺陷的部分几乎不加热，因此热成像所得 的缺陷信号强，具有很高的灵敏度，可以检测到更小的裂缝，或者完全闭合、垂 直的裂缝。

近年来，美国韦恩州立大学已将上述利用超声激励红外成像检测方法申请了 一系列专利US6236049、US6437334、US7122801等。如US7122801为采用一种缺 陷探测系统来探测结构中的缺陷，缺陷探测系统包括：一个声源，以应用声音输 入信号到结构中，声源连接该欲检测的结构，以在结构中引发声学的混乱，使得 结构以一种无序的方式振动，并加热缺陷；一个连接器连接声源和该结构，所述 连接器采用硬质材料制成，并具有预先知道的厚度，来帮助在该结构中引起声学 混乱；一个热成像照相机，用来产生结构的热成像以识别被加热了的缺陷。

但是这种检测方法需要使用耦合剂或耦合物质，也需要接触被检物并施加一 定压力，对于一些不允许接触耦合物质，易碎、形状不规则不易接触等材料的检 测具有很大的局限性。且接触式超声激励红外成像检测有可能由于试件形状不规 则，夹具不容易固定、热像仪采集位置不易取等原因造成检测的失败，试件也只 能放在枪头下直接接触注入能量，有可能损坏试件本身。

另外，美国Joseph N.Zalameda等人提出了一种空气耦合声振激励红外成像 无损检测方法，该方法利用扬声器进行声振激励加热，红外热像仪获取热图，应 用于较薄蜂窝复合结构材料检测的研究。这种方法采用了低频的声源作为激励源， 虽然不需要接触被检物，但是具有噪音大、能量低的缺点。

发明内容

本发明提供一种非接触超声热激励红外热成像无损检测方法和系统，以解决 上述背景技术中存在的，现有检测方法和系统容易损坏试件，检测成功率不高， 且噪音大能量低的技术问题。

一种非接触超声热激励红外热成像无损检测系统，用于检测试件，包括：

超声发射装置，该试件置于该超声发射装置的下方或侧下方；

红外热像仪，放置于该试件的周围；

计算机，与该红外热像仪相连；

超声控制器，连接该超声发射装置和该计算机。

其中，该超声发射装置连接气泵。

其中，该超声发射装置包括依次连接的超声枪头、超声增益器和超声换能器， 该超声换能器连接该超声控制器。

其中，该超声枪头发出的超声频率为20KHz。

其中，该超声枪头采用钛合金制作。

其中，该超声枪头的长度是20KHz的超声波在其中传播时波长的一半。

一种采用非接触超声热激励红外热成像无损检测系统的非接触超声热激励红 外热成像无损检测方法，包括如下步骤：

(1)将被检测试件放置在超声发射装置的超声枪头的下方或侧下方，超声控 制器设定所需参数；

(2)超声发射装置接收到超声控制器的控制信号后，向试件发射声能；

(3)当足够的超声声能耦合进试件，通过红外热像仪连续观测和记录试件表 面的温场变化；

(4)利用计算机采集红外热像仪得到的数据，进行数据处理和分析，对试件 内部缺陷的定量诊断。

其中，步骤(2)中超声发射装置的超声换能器接收到超声控制器发出的20KHz 的电信号后，把20KHz的电信号转化为同频率的机械振动，传送到超声增益器， 超声增益器将信号进行调幅后传送到超声枪头，超声枪头将该20KHz的超声信号 发射到试件。