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    紅外熱成像在無損檢測應用中的發展及現狀

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    直至20世紀60年代后期,紅外熱成像在無損檢測中還極少被使用,只是作為“其他”或“特殊”的技術加以討論。進行紅外熱成像需要熱敏感涂料或錄像帶,以及探針或復雜的測量表面溫度的光學方案(McGonnagle,1961)。當然,隨著60年代中期紅外照相機的引入,無損檢測業界立刻意識到紅外熱成像因其無觸點且檢測面積大而具有的潛力,一切隨之發生了變化。
     
    早期的紅外攝像儀是大型的、昂貴的光學掃描儀器,而空間分辨率和速度極其有限,并且需要液態的氮來進行冷卻。然而盡管有這些制約,它們還是提供了前所未有的能力,能提供一個即時生成的本地圖像文件,而不是來自一個點的測量裝置上孤立的數字、一個圖標記錄器上的圖像或一條示波器的軌跡,并且無需做成膠片。紅外攝像儀與熱源(例如燈或熱空氣)結合,形成熱像圖的基本系統。在這個系統中,當樣品冷卻時,攝像儀對其進行監控,揭示表面以下熱流被破壞的異?,F象(Milne和Reynolds, 1985; Vavilvo和Marineti, 1999)。
    之后的紅外攝像儀發展速度驚人,焦平面像素大體遵循集成電路的摩爾定律。個人電腦同樣發展很快,并且攝像儀和個人電腦之間數據高速傳輸的發展和標準化,使得捕捉高質量的紅外數據序列并在幾秒內讓它們執行廣泛的數學處理成為可能。綜上所述,這些技術進步已經對紅外熱成像無損檢測(TNDT)產生了深遠的影響。今天,許多簡單的應用程序可以通過一個電池供電的、重量不到0.5公斤(1磅)的手持紅外攝像儀來進行操作,這種攝像儀可以放在檢測員的外衣口袋里。不過,基于先進的相機技術,幾年前在TNDT常規檢測中還不可能做到的全域定量紅外熱成像,如今已經實現了(Cramer和Winfree, 2011; Shepard等,2005)。因此,紅外熱成像已經成為如檢測異物碎片、檢測復合結構中的水分、評估熱障涂層以及檢測飛機渦輪葉片內部堵塞等情況的首選技術。
     紅外熱成像無損檢測原理
    紅外熱成像無損檢測技術是根據紅外輻射的基本原理,通過紅外輻射的分析方法對物體內部能量流動情況進行測量,使用紅外熱成像儀顯示檢測結果,對缺陷進行直觀上的判定。此方法以熱傳導理論和紅外熱成像理論為基礎。當物體的溫度與環境溫度存在差異時,就會在物體內部產生熱量的流動。如果向該物體注入熱量,其中一部分熱流必然向內部擴散,使物體表面的溫度分布發生變化。 
    1、對于無缺陷的物體,當熱流均勻注入時,熱流能夠均勻的向內部擴散或從表面擴散,因而表面的溫度場分布也是均勻的; 
    2、當物體內部存在隔熱性缺陷時,熱流會在缺陷處受阻,造成熱量堆積,導致表面出現溫度高的局部熱區; 
    3、當物體內部含有導熱性缺陷時,物體表面就會出現溫度較低的局部冷區。 
    由以上三種情況可看出,當物體內部存在缺陷時,就會在物體有缺陷區和無缺陷區形成溫差。且該溫差除了取決于物體材料的熱物理性質外,還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱物理性質有關。由于物體局部溫差的存在,必然導致紅外輻射強度的不同,利用紅外熱像儀即可檢測出溫度的變化狀況,進而判斷缺陷的情況。 
    紅外熱成像無損檢測技術的優點
    安全性高
    紅外熱成像無損檢測技術是利用紅外熱成像的原理根據熱量的散發檢測紅外程度,這種方法與其它技術相比更為安全可靠,檢測的時候也不需要經過工作人員接觸性的工作。
     
    例:就像在中海油海上平臺的企業對一些設備進行無損檢測時,利用其他傳統的方法,需要工作人員對設備的操作流程十分的清楚,此外,中海油海上平臺的一些設備都是高風險性的,如果在處理的時候,工作人員一不小心弄錯了一步,那么就可能會產生很嚴重的后果,與此相反,紅外熱成像無損檢測只需要啟動設備,之后根據工作時的熱量差直接判斷設備的正常與否。
    靈敏度高
    因為這項技術不是經過人為的檢測,與之前一些需要人為操作的檢測方法相比,紅外熱成像無損檢測技術完全是由機器操控,通過儀器內部零件的控制,分析設備工作時的散熱量檢測設備,這樣會避免很多差錯。
    診斷效率高
    紅外熱成像檢測技術完全是由紅外熱檢測儀器內部自動檢測自發進行的,由需檢測的設備在工作中散發的熱量經過紅外熱檢測儀器,這個過程需要的時間只有幾秒鐘而已,這樣大大的提高了診斷效率,傳統的檢測技術,不僅步驟復雜繁瑣,如需要進行一次檢測,除了要經過工作人員的準備之外,需要的檢測儀器設備也比較多,當然時間相應的也就多了,而且,并不是每一次的檢測都會成功,有時只要其中一個步驟出錯了,可能這次的整個檢測就前功盡棄了,所以紅外熱成像無損檢測技術的診斷效率與其他一些傳統的無損檢測技術相比,診斷效率高多了。
    除此之外還有:
    (1)適用范圍廣,可檢測金屬及非金屬材料; 
    (2)測量結果的可視性,可以通過圖像顯示測量結果: 
    (3)非接觸式測量,不會對物體造成污染: 
    (4)檢測面積廣,可對大型設備進行整體觀測; 
    (5)檢測設備攜帶方便,適用于現場在線檢測;
    (6)檢測速度快。 
    紅外熱成像無損檢測技術的不足
    表面溫度影響
    第一是這項技術只能檢測儀器表面的熱量,雖然紅外熱成像技術是通過檢測熱量差來檢測儀器的好壞,但是很多儀器工作的時候,背部散發出的熱量和儀器表面的溫度是不一樣的,如果單純的通過檢測儀器表面的溫度來斷定一個儀器工作狀態的正常與否,這樣造成的差錯可能會對整個工作程序造成重大的傷害。
    第二是紅外熱成像技術需要的設備是高科技的設備,而且這種設備的更新速度與其他的檢測儀器來比相對來說也比較快,所以這種設備的價格目前來說比其他檢測工具相對貴一些,如果就規模一般的工業投資來說,承擔的壓力相對大一些。
     
    紅外熱像電子芯片檢測
    紅外熱像儀技術也是依賴科技發展的基礎上才得以發展的,不管是缺點還是優點都有它的特點,缺點可以在實踐中慢慢改善,優點可以在科技的進步中更大的發揚,甚至是得到更好的改進,而且這份技術在無損檢測中有著巨大的潛力和優勢,隨著社會市場的發展,紅外熱像儀行業發展前景也是十分廣闊,紅外熱像技術在以后的發展中也會更加的成熟和成功。
    在實際應用中,常規無損檢測和紅外無損檢測兩種技術可以互補使用,對于具體的物體和具體的檢測要求可選擇不同方案。由于被測物體溫度場變化迅速,儀器精度和靈敏度受外界影響較大。而且對儀器的設置、環境和被測物體表面等要求嚴格,這些因素決定了使用紅外熱成像無損檢測方法后,可使用常規無損檢測手段進行復檢,以提高檢測的正確性。 
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