[发明专利]便携式闪光灯激励热波无损检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于热波成像技术的无损检测系统，特别是采用闪光灯进行热激励的方式，可用于各种材料，包括金属、非金属及各类复合材料的结构及缺陷的检测，属红外无损检测技术领域。

背景技术

随着新材料、新能源、高速铁路、核工业及航空航天等工业的快速发展，对各种材料的无损检测的需求日益增加，尤其是在航空航天领域，复合材料在机身、机翼、火箭壳体已经得到广泛的应用，复合材料的运用已成为现代航空航天领域装备先进性的标志之一。复合材料结构通常采用多层纤维粘胶的方式或蜂窝夹层结构，具有高强度和重量轻的优点。由于在制造和使用的过程中经常会产生内部分层、脱粘、裂缝等缺陷，传统检测方法是采用超声检测技术，需要在被测材料表面加耦合剂才能检测，而且需要逐点扫描，费时费力。对于表面粗糙及内部结构疏松的材料，如蜂窝状板材的结构，超声技术就比较难以检测。

热波成像技术是近代发展起来的一项无损检测手段，其基本原理是采用热激励源对试件表面进行加热来产生热脉冲，该热脉冲向试件内部传播而形成热波，当热波在试件内部遇到缺陷或者热阻抗有变化的地方时，部分热能就会发生反射而回到试件的表面，使得试件表面的温度形成动态的分布。采用红外热像仪记录试件表面温度随时间变化的信息，再通过图像处理手段对热波信号进行校正、处理和分析，实现对材料内部缺陷的检测。相比传统的无损检测手段，热波成像技术具有独特的非接触、大面积快速成像等优势。

航空航天及工业设备在投入使用后，为安全无故障运行，需要定期对这些设备进行状态检测。为实现这种在役检测，一般需要体积小、重量轻、操作简便及有自备电源的便携式无损检测设备。传统的闪光灯激励红外检测设备体积大、重量重，分为三个部分。检测时操作人员需双手扶持闪光灯及成像单元对着试件表面，而电脑控制与采集部分通常为单独的一个单元，而独立的闪光灯电源部分也十分笨重，因此由单人操作使用极为不便。另外，闪光灯电源中的电容器充电需使用外部交流电源供电，经常受到外场检测条件的限制而无法使用。因此对便携式闪光灯激励热波无损检测设备的便携性的改进是本发明的主要目标，要求达到重量轻便、结构紧凑、易于操作，能适应不同外场环境下的检测需求。

发明内容

本发明的目的就是针对目前便携式闪光灯热波无损检测设备的不足，提出一种特别适合外场使用的红外热波无损检测系统，将热激励、成像及计算机与显示控制系统集成于一个便于手持的便携单元，体积和重量稍大的电源系统集成于另一可移动单元，并内嵌可插拔的高能量锂电池，无需外接电源，做到真正意义上的便携。

附图说明

图1为便携式闪光灯激励热波无损检测系统原理示意图；

图2为本发明的一种实施示例。

具体实施方式

为了使本发明的原理及特点得到更好的理解，以下将结合具体实施示例与附图做进一步的说明。

图1所示的是便携式闪光灯激励热波无损检测系统示意图，该系统包括闪光灯单元15、红外热像仪13、闪光灯电源16、闪光控制模块11、稳压电源17、数据处理单元14、触屏显示器23、以及可充电电池19。闪光灯单元15由大功率闪光灯管、反光罩和散热风扇等部件组成。闪光灯电源16由高压充电电路和电容储能装置等组成，在其驱动下，大功率闪光灯管发出高强度短短脉冲闪光20投射到样品12的表面进行脉冲加热，所产生的热波向样品内部传播。当样品内部有缺陷或结构变化时，热波将会产生部分反射信号回到样品12的表面。红外热像仪13用于采集被测样品12的表面温度随时间变化的热波图像，并将采集的热波图像送到数据处理单元14进行处理分析。如果被测样品内部有缺陷时，缺陷处的反射信号将通过图像处理而清晰的呈现出来。闪光控制模块11用来控制闪光灯电源16的充电电路的运行，并对闪光灯的输出进行截尾。截尾的目的是因为闪光灯的脉冲有很长时间的低能量的拖尾，这种低能量的输出会影响到初期热波图像的采集。稳压电源17用于为整个系统提供稳定的直流电源，高效可充电电池19通常为锂电池，用于同时为闪光灯电源16及稳压电源17提供电力。充满一次电约可满足100多次以上大功率闪光灯满负荷的放电需求。

闪光灯单元15与红外热像仪13、数据处理单元14及触屏显示器23都集成在同一个箱体内，构成激励检测模组10。而稳压电源17、可充电电池19、闪光灯电源16及闪光控制模块11集成在另外一个箱体内，构成电源控制模组18。激励检测模组10和电源控制模组18之间由连接线缆25连接，传输着低压直流电源、高压闪光灯电源及用于控制的通讯信号。