[发明专利]用于使用定量红外热成像检查复合材料结构的设备、系统和方法

说明书

一种用于检查结构的表面的缺陷的系统和方法包括检查设备，所述检查设备具有用于加热所述结构的所述表面的区段的加热装置，用于响应于加热从所述表面接收红外辐射的红外相机，被配置成从接收的红外辐射生成热成像的控制器，和通信装置。训练系统包括专家系统模块，所述专家系统模块被配置成确定在通过具有缺陷的建模结构元件的热模拟生成的一组热成像和所述建模结构元件的参数之间的相关性。通信地联接到所述训练系统和所述检查设备的计算机系统适于接收从所述检查设备接收的热成像并且使用从所述训练系统获得的所述相关性检测在所述结构中的缺陷的定量参数。

技术领域

本发明涉及材料检查和表征，并且具体地说涉及一种用于使用定量红外热成像检查复合材料结构的设备、系统和方法。

背景技术

复合材料(Composite materials)(在下文中“复合材料(composites)”)由于其耐腐蚀性目前在许多工业应用中用作金属材料的替代物。举例来说，在石油和天然气工业中，复合材料用于长丝缠绕复合材料结构，如管道和容器罐。由复合材料制备的管线在图14中示出，以指示目前在现场使用的复合结构的规模。虽然耐腐蚀性的益处有利于它们的使用，但是复合材料可易受其它类型的损坏，如冲击、蠕变和老化。

鉴于复合材料对某些类型的损坏的敏感性，定期检查复合材料以测试这类损坏是否已经发生或正在积累是重要的。还要求检查为非破坏性的，因为采用中断现场结构的持续操作的侵入性技术是不可行的。合适的非破坏性试验(NDT)技术应能够准确检测在复合材料中的典型缺陷、易于应用，并且允许快速和自动检测大面积。对于这类技术来说，提供具有最小表面准备的在役检查也将是有利的。

在常见的NDT技术中，红外热成像作为候选突出，因为它提供无接触测量(不需要联接介质)、全局和聚焦区域扫描、快速采集和容易操作。迄今为止，红外热成像设备灵敏度的局限性限制此技术的定性和边界检查，这两种检查都无法提供准确的缺陷尺寸、深度数据或任何夹带介质的性质数据，并且限于检测位于靠近检查结构的表面的缺陷。

因此，有需要一种非破坏性技术，用于以精确的定量的方式快速、可靠并且成本有效地检测复合材料结构。本发明解决此需要和相关需要。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于检查结构的表面的缺陷的系统。根据一个实施例，系统包含：1)检查设备，其包括用于加热结构表面的区段的加热装置，用于响应于加热从表面接收红外辐射的红外相机，被配置成从接收的红外辐射生成热成像的控制器，和通信装置；2)训练系统，其包括专家系统模块，所述专家系统模块被配置成确定在一组热成像之间的相关性，所述热成像是通过对具有缺陷的建模结构元件的热模拟生成，并且确定建模结构元件的参数；和3)计算机系统，其通信地联接到训练系统和检查设备，所述计算机系统适于接收从检查设备接收的热成像，并且使用从训练系统获得的相关性检测在结构中的缺陷的定量参数。

在一些实施例中，结构由复合材料构成。在一些实施方案中，通过计算机系统检测的定量参数包括位置、深度、取向、缺陷类型、夹带的介质类型或其子组合。在另外的实施方案中，专家系统模块采用专家系统(例如，神经网络)来确定在一组热成像和对应一组建模结构元件之间的相关性。在又另外的实施例中，前述的组合可包括复合材料作为结构，其中通过计算机系统检测的定量参数包括位置、深度、取向、缺陷类型和夹带的介质类型，并且在又另外的实施例中，此组合可与如刚刚描述的采用神经网络的专家模块一起实施。

在一些实施例中，训练系统进一步包括缺陷微结构数据库模块，其被配置成生成一组建模结构元件，每个结构元件包括集成缺陷。在一些实施方案中，训练系统还包括虚拟热成像数据库模块，其被配置成执行每个建模结构元件的热分析并且生成对应于结构元件的瞬态热成像。可使用有限元分析实施热分析。同样，可用在此段落中提到的每个或所有特征来实现实施例。