[发明专利]一种互相关涡流热成像缺陷检测和层析成像方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于装备无损检测、材料表征评估、结构健康监测和产品质量控制等技术领域，特别是涉及一种涡流热成像检测方法及系统。

背景技术

随着现代科学和工业技术的发展，无损检测技术已成为保证产品质量和设备运行安全的必要手段。目前具有代表性的无损检测技术主要有射线检测、超声检测、渗透检测、磁粉检测、涡流检测以及热成像检测。

热成像检测技术采用热源对被检对象进行加热，采用热像仪观察和记录被检对象表面的温度变化信息，并通过热波理论和信号处理方法对变化的温度进行分析，以对被检对象表面及内部的缺陷（裂纹、分层等）进行检测和评估。热成像检测技术采用的热源多种多样，有闪光灯、热水、热风、超声波、涡流、激光等方式。

涡流加热，也叫做感应加热，是一种高效、节能、节材、环保和安全的新型加热技术。将导电材料置于高频交变电磁场中，根据法拉第电磁感应定律，导电材料中将产生涡流。根据焦耳定律，部分涡流将转化为热能，继而加热导电材料。

采用涡流加热方式的热成像检测技术叫做涡流热成像检测技术，也叫做电磁感应热成像检测技术。涡流热成像检测技术具有非接触、非破坏、无需耦合、检测面积大、速度快等优点，可以检测导电类材料，如碳纤维复合材料、金属基复合材料、金属及其合金，也可以检测含有导电材料的工件，如涂覆在金属基底上的涂层系统。

目前涡流热成像检测技术存在以下不足：1）温度信号随检测深度的增大快速衰减，信噪比降低，对内部缺陷的检测效果差；2）无法对被检对象实现层析成像；3）被检对象表面的发射率变化影响缺陷检测效果。

专利CN201310566622公开了一种脉冲涡流热成像缺陷自动检测与识别方法。然而，现有专利和文献均没有涉及采用互相关算法的涡流热成像缺陷检测和层析成像方法及系统。

发明内容

本发明目的是针对上述不足，提供一种互相关涡流热成像缺陷检测和层析成像方法及系统。系统可工作在脉冲、锁相、调频、调相等模式下，通过调制高频交流信号生成不同的激励信号，以对被检对象进行感应加热，同时记录被检对象表面随时间变化的温度信息作为检测数据。采用或产生特定信号作为参考信号，对检测数据与参考信号实施互相关算法，实现脉冲压缩，得到检测数据与参考信号在不同时刻的同相、正交、幅值和相位等匹配信息。从匹配信息中提取特征值，增强信噪比，提高内部缺陷检测能力，抑制表面发射率变化，实现被检对象的层析成像。

一种互相关涡流热成像缺陷检测和层析成像系统，主要包括：

1)控制器，用于触发高频电流产生模块、调制信号产生模块和热像仪同时工作，并选择脉冲、锁相、调频、调相等工作模式；

2)高频电流产生模块，用于产生连续的高频交流信号；

3)调制信号产生模块，用于产生矩形波信号、正（余）弦波信号、频率调制信号或相位调制信号等调制信号；

4)热像仪，用于记录被检对象表面随时间变化的温度信息，并把检测数据传输给计算机；

5)调制模块，用于幅度调制高频交流信号和调制信号产生激励信号；

6)驱动模块，用于把激励信号功率放大并施加到加热线圈；

7)加热线圈，用于产生交变电磁场，加热被检对象；

8)被检对象，被检测的对象，可以为导电材料，如碳纤维复合材料、金属基复合材料，可以为含有导电材料的工件；

9)计算机，用于存储、显示、处理和分析数据；

10)互相关算法，用于设定参考信号，并计算参考信号与检测信号在不同时刻的匹配信息。主要包含希尔伯特变换、快速傅里叶变换、复共轭运算、乘法运算、逆快速傅里叶变换等模块。

一种互相关涡流热成像缺陷检测和层析成像方法，包括如下步骤：

1)采用控制器使高频电流产生模块、调制信号产生模块和热像仪同时开始工作，并设定系统工作模式，设定高频交流信号、调制信号等的参数；

2)高频电流产生模块产生连续的高频交流信号；

3)调制信号产生模块产生矩形波信号、正（余）弦波信号、频率调制信号或相位调制信号等调制信号；

4)调制模块把高频交流信号和调制信号进行幅度调制产生激励信号；

5)驱动模块把激励信号功率放大并施加到加热线圈；

6)加热线圈产生交变电磁场，并在被检对象中感应出涡流，加热被检对象；

7)热像仪记录被检对象表面随时间变化的温度信息，作为检测数据，并把检测数据传输给计算机；

8)选取或产生特定信号作为同相参考信号；