[发明专利]阶梯加热红外热波技术测量厚度的方法

说明书

本发明公开一种使用阶梯加热红外热波技术测量材料厚度的方法，包括如下步骤：利用持续的低能量密度的热激励源加热试件表面，同时使用红外热像仪获得被测物体表面的热图序列；将所述热图序列的温度变化数据存储在通用存储器中；对所述红外热像仪所采集的温度变化数据处理，求取每一点的升温曲线；将所述升温曲线与理论公式拟合，进而求得厚度。本发明通过持续加载低热流密度的能量，使被测物缓慢升温，利用非线性拟合的方法，最终达到测量厚度的目的。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别是涉及一种红外热波技术，在不接触被测物的情况下利用持续缓慢加热的方法测量厚度。

背景技术

红外热波无损检测技术以红外辐射及热传导理论为理论依据，通常根据是否主动施加热激励分为主动式和被动式红外热检测，而主动式红外检测又根据采集系统(通常是红外热像仪)是否与激励系统在被测物的同侧，分为反射式和透射式。它们的区别在于热激励源和采集系统是否在被测物的同测。主动式红外检测通过主动对被检测物体施加热激励、并采用红外热像仪连续观察和记录热激励前后物体表面的温场变化，通过计算机智能技术进行检测时序的控制、数据的采集、传输、存储、处理和分析，以实现对物体结构、性能参数或内部损伤的定量诊断。红外热波无损检测技术作为一种光学检测手段，具有非接触、受曲率影响小、检测速度快、以图像形式展现结果、直观易读等特点。这对于具有复杂外形或结构，且不允许接触的测量中具有非常大的优势。

在红外检测中常使用脉冲激励测量材料的厚度或缺陷深度，近些年来报道过的脉冲激励测厚方法很多，如分离时间法、温差峰值法、微分温差峰值法、二阶对数微分峰值法、半高时间法等。上述方法中，通常用到的脉冲激励源为激光或闪光灯，它会在极短时间向被测物表面施以很大的能量，使表面温度瞬时升高几十到上百度，然后使热量向内部扩散，以得到内部信息。但有时脉冲激励方法会有如下问题：首先有些被测物不允许有如此大的热冲击，如文物等，以防对其表面带来不必要的伤害。但如果降低激励能量或者在检测较厚的材料时，加热量不足往往信导致噪比会升高，检测能力会下降。此外，脉冲红外热像法通常被认为只适合检测较薄的材料，厚度在10mm以上的检测鲜有报道，而这个厚度显然大大限制了红外无损检测方法的应用。

因此，如何发明一种以非接触的方式精确测量厚度的方法，即为本领域技术人员的研究方向所在。

发明内容

本发明针对上述瞬时热冲击过大和加热量不足的问题，提拱一种阶梯加热红外热波技术测量厚度的方法，通过持续加载低热流密度的能量，使被测物缓慢升温，利用非线性拟合的方法，最终达到测量厚度的目的。

为了达到上述目的，本发明提供一种阶梯加热红外热波技术测量厚度的方法，包括如下步骤：

利用持续的低能量密度的热激励源加热试件表面，同时使用红外热像仪获得被测物体表面的热图序列；

将所述热图序列的温度变化数据存储在通用存储器中；

对所述红外热像仪所采集的温度变化数据处理，求取每一点的升温曲线；

将所述升温曲线与理论公式拟合，进而求得厚度。

较佳的实施例，所述热激励源与所述红外热像仪在试件表面的同侧或者异侧。

较佳的实施例，当所述热激励源与所述红外热像仪在所述试件表面异侧时，所述红外热像仪探测到的温度为G(0,t)，

对于透射式检测，将所述红外热像仪采集到的每个像素点的实验数据与公式(5)进行非线性拟合，得到该点最优的A和q值，其中，A和q为拟合值，根据FL/k＝A，α/L²＝q，即求得厚度L，其中，F为热流密度，L为试件总厚度，k为热导率，α为热扩散系数。

较佳的实施例，当所述热激励源与所述红外热像仪在所述试件表面同侧时，所述红外热像仪探测到的温度为G(L,t)，