考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置及方法，所述装置包括红外热激励源、红外热激励控制系统、红外采集设备、冷却装置、红外图像接收处理设备，其中：所述红外热激励源的加热源为卤素灯，其数量为两个；所述红外热激励控制系统由数据采集卡、控制器、D触发器、功率放大器和卤素灯驱动器组成；所述红外采集设备由红外热像仪和热像仪升降台组成；所述冷却装置由电风扇、电机驱动器组成；所述红外图像接收处理设备为计算机。本发明专利技术考虑了脉冲信号上升沿与下降沿对被测试件表面的影响，改善了脉冲红外热成像法在加热被测试件时出现的表面受热不均的现象，降低了图像噪声的干扰，提高了红外图像的信噪比。

Infrared Thermal Wave Nondestructive Detection Device and Method Considering Rising and Declining Edges of Pulse Thermal Excitation Signal

The invention discloses an infrared thermal wave nondestructive detection device and method considering the rising and falling edges of the pulse thermal excitation signal. The device comprises an infrared thermal excitation source, an infrared thermal excitation control system, an infrared acquisition device, a cooling device and an infrared image receiving and processing device. The heating source of the infrared thermal excitation source is a halogen lamp, and the number of the infrared thermal excitation source is two. The thermal excitation control system consists of a data acquisition card, a controller, a D flip-flop, a power amplifier and a halogen lamp driver; the infrared acquisition device consists of an infrared thermal imager and a thermal imager elevator; the cooling device consists of an electric fan and a motor driver; and the infrared image receiving and processing device is a computer. The invention considers the influence of the rising and falling edges of the pulse signal on the surface of the tested piece, improves the phenomenon of uneven heating of the surface of the tested piece when heated by the pulse infrared thermal imaging method, reduces the interference of image noise, and improves the signal-to-noise ratio of the infrared image.

【技术实现步骤摘要】
考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置及方法
本专利技术属于无损检测领域，涉及一种红外热波无损检测方法，具体涉及一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测方法。
技术介绍
随着汽车制造、航空航天等工业化的快速发展，金属材料、非金属材料以及复合材料得到了更加广泛地应用。这些材料在制备、加工以及服役过程中，不可避免的会产生摩擦、磨损、裂纹、脱粘等缺陷，如果不及时检测诊断，将会影响相关零部件的使用性能，甚至发生操作安全，引发生产安全及事故。常用的无损检测技术主要包括超声检测、渗透检测、涡流检测以及射线检测，其中：红外热波无损检测技术是近年来飞速发展并且应用广泛的一门新兴检测技术；超声检测虽然检测灵敏度高，但是对结构复杂的小零件很难实现；渗透检测虽然简单易操作，但是对精密仪器件有破坏作用；涡流检测虽然检测效率高，但是只适用于可导电的材料；射线检测虽然检测效果好，但是设备昂贵，检测成本高。与常用的无损检测技术相比，红外热波无损检测技术实际问题应用中有着迅速有效、直观反应、检测效果好、不损伤元件内部结构、对环境无污染、检测成本低等优点，在电力行业的运行检修与维护、机械行业精密仪器的制造与加工有着不可忽视的作用。现阶段，红外热波无损检测依据热激励方式的不同可分为脉冲热成像法、锁相热成像法以及超声热成像法。锁相热成像法在实际应用中会出现加热时间长、现场实际情况复杂，认为控制比较困难，用于现场的快速检测难度较大。脉冲热成像法在高能闪光的照射下，会出现加热不均，由于不同材料的反射率并不相同，导致检测效果不理想，表面受热不均，易受到其他红外线对结果的干扰。超声热成像法则会引起缺陷处发生界面摩擦，改变原有位置。当采用脉冲热激励信号对被测试件激励时，红外热像仪采集到的图像对比度低、噪声干扰大，很难检测到脉冲信号上升沿和下降沿对被测试件的影响。而且在对激励源加载脉冲热激励信号时，往往会忽略脉冲热激励信号的上升沿对被测试件的影响，上升沿对被测试件有很高的能量冲击响应，在被测试件收到脉冲热激励信号的上升沿能量冲击时，温度场会瞬间发生很大变化，往往在上升沿来临的几秒内，红外热像仪能够采集到最佳，最明显的效果对比图，因此考虑上升沿对被测试件的影响很有必要。通常认为，使用脉冲热激励信号对被测试件加热时，热激励源会立刻达到额定功率，当热激励信号停止激励时，热激励源就会立即响应，功率瞬间降为零；实际问题中考虑到脉冲热激励信号有一个上升与下降的过程，脉冲热激励信号作用于热激励源后，卤素灯从起始功率为零加热至额定功率期间有一段急速上升的过程，并且当卤素灯对被测试件加热时，也会产生一部分能量损耗，因此激励信号在初始时需要有一段急速上升的过程，发出的热量也无法完全传递到被测试件中。当卤素灯停止加热时，往往在被测试件表面有很大一部分热量，在下降沿来临之后会有一段缓慢下降时间，被测试件很长时间内都在缓慢的散发热量，因此需要缩短被测试件的冷却时间，提高下降速度。
技术实现思路
为了考虑脉冲信号上升沿与下降沿对被测试件表面的影响、改善脉冲红外热成像法出现的表面受热不均的问题、降低红外热像仪采集到的图像噪声干扰，并且考虑实际问题中卤素灯激励源从开始加热到额定加热到停止加热的延时现象，本专利技术提供了一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，包括红外热激励源、红外热激励控制系统、红外采集设备、冷却装置、红外图像接收处理设备，其中：所述红外热激励源的加热源为卤素灯，其数量为两个，卤素灯设置有卤素灯罩；所述红外热激励控制系统由数据采集卡、控制器、D触发器、功率放大器和卤素灯驱动器组成；所述红外采集设备由红外热像仪和热像仪升降台组成；所述冷却装置由电风扇、电机驱动器组成；所述红外图像接收处理设备为计算机；所述卤素灯、红外热像仪、热像仪升降台和电风扇固定在玻璃遮罩内；所述卤素灯水平倾斜30°至50°放置于红外热像仪的左右两侧；所述红外热像仪固定在热像仪升降台上；所述红外热像仪的输入端与计算机的输出端相连；所述计算机的输出端与数据采集卡的输入端相连；所述数据采集卡的输出端与控制器的输入端相连；所述控制器的输出端与D触发器的输入端相连；所述D触发器的输出端与功率放大器的输入端相连；所述功率放大器的输出端与卤素灯驱动器的输入端相连；所述卤素灯驱动器的输出端分别与两个卤素灯的输入端相连；所述电风扇的输入端与电机驱动器的输出端相连；所述电机驱动器的输入端与计算机的输出端相连。一种利用上述装置实现考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测的方法，包括如下步骤：S1：将装置中各个元件按顺序摆放好，搭建起试验台，用试件夹具将被测试件固定在玻璃遮罩内，调节被测试件和热像仪升降台，使被测试件的中心位置与红外热像仪镜头处于同一高度位置；S2：开启红外热像仪并进行焦距调整，使计算机的显示屏上显示出清晰的被测试件的红外热图；S3：对卤素灯进行预热，在计算机中对采样频率、所需脉宽以及加热功率进行设置，输入脉冲热激励信号；S4：红外热像仪采集加热前2秒的被测试件表面温度，同时使用计算机触发脉冲热激励信号，开始进行实验；S5：当时钟脉冲的上升沿来临时，D触发器捕捉到D输入端的高电平，Q输出端置1，脉冲热激励信号上升沿信号有效，同时触发卤素灯开始对被测试件表面进行加热；当时钟脉冲的下一个上升沿来临时，D输入端也来临下降沿，Q输出端置0，脉冲热激励信号下降沿信号有效，同时触发卤素灯停止对被测试件的表面进行加热；当时钟脉冲的下一个上升沿来临时，D输入端为低电平，Q输出端保持原来状态，不动作；S6：红外热像仪将采集到的图像数据实时输出到计算机中，通过软件进行图像数据处理；S7：当实验结束之后，计算机控制电风扇对被测试件进行冷却降温。相比于现有技术，本专利技术具有如下优点：1、本专利技术使用2个卤素灯对被测试件进行加热，利用灯罩将热激励源发出的光线聚集到被测试件表面，红外热激励源能够提供大功率加热源，避免出现加热不均的现象，能够有效地集中光束，使光束集中照射到被测试件上。2、本专利技术考虑到被测试件对耐热程度的影响以及红外热像仪处高温环境下对红外热像仪耐热性的要求，采用冷却装置对红外热像仪降温，延长红外热像仪的使用寿命，减少被测试件的冷却时间，缩短实验周期。3、本专利技术考虑了脉冲热激励信号的上升沿与下降沿能量发生跃变的瞬间对实验结果地影响。4、本专利技术考虑了脉冲信号上升沿与下降沿对被测试件表面的影响，改善了脉冲红外热成像法在加热被测试件时出现的表面受热不均的现象，降低了图像噪声的干扰，提高了红外图像的信噪比。5、本专利技术采用D触发器来捕捉热激励信号的上升沿与下降沿，采用玻璃遮罩来降低空气中其他红外线对实验结果的干扰，因为热激励源及其组件对被测试件加热过程有一定的延时性，因此需要使用冷却装置缩短被测试件的冷却时间，提升温度曲线下降速度，减少下一次实验因为试件余热带来的干扰。附图说明图1为本专利技术红外热波无损检测装置的结构示意图；图2为本专利技术试件夹具的结构示意图；图3为本专利技术实际波形加载图；图4为本专利技术D触发器波形图；图5为本专利技术理论波形与实际波形结果对比图；图中，1：试验台、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，其特征在于所述装置包括红外热激励源、红外热激励控制系统、红外采集设备、冷却装置、红外图像接收处理设备，其中：所述红外热激励源的加热源为卤素灯，其数量为两个，卤素灯设置有卤素灯罩；所述红外热激励控制系统由数据采集卡、控制器、D触发器、功率放大器和卤素灯驱动器组成；所述红外采集设备由红外热像仪和热像仪升降台组成；所述冷却装置由电风扇、电机驱动器组成；所述红外图像接收处理设备为计算机；所述卤素灯、红外热像仪、热像仪升降台和电风扇固定在玻璃遮罩内；所述卤素灯水平倾斜30°至50°放置于红外热像仪的左右两侧；所述红外热像仪固定在热像仪升降台上；所述红外热像仪的输入端与计算机的输出端相连；所述计算机的输出端与数据采集卡的输入端相连；所述数据采集卡的输出端与控制器的输入端相连；所述控制器的输出端与D触发器的输入端相连；所述D触发器的输出端与功率放大器的输入端相连；所述功率放大器的输出端与卤素灯驱动器的输入端相连；所述卤素灯驱动器的输出端分别与两个卤素灯的输入端相连；所述电风扇的输入端与电机驱动器的输出端相连；所述电机驱动器的输入端与计算机的输出端相连。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，其特征在于所述装置包括红外热激励源、红外热激励控制系统、红外采集设备、冷却装置、红外图像接收处理设备，其中：所述红外热激励源的加热源为卤素灯，其数量为两个，卤素灯设置有卤素灯罩；所述红外热激励控制系统由数据采集卡、控制器、D触发器、功率放大器和卤素灯驱动器组成；所述红外采集设备由红外热像仪和热像仪升降台组成；所述冷却装置由电风扇、电机驱动器组成；所述红外图像接收处理设备为计算机；所述卤素灯、红外热像仪、热像仪升降台和电风扇固定在玻璃遮罩内；所述卤素灯水平倾斜30°至50°放置于红外热像仪的左右两侧；所述红外热像仪固定在热像仪升降台上；所述红外热像仪的输入端与计算机的输出端相连；所述计算机的输出端与数据采集卡的输入端相连；所述数据采集卡的输出端与控制器的输入端相连；所述控制器的输出端与D触发器的输入端相连；所述D触发器的输出端与功率放大器的输入端相连；所述功率放大器的输出端与卤素灯驱动器的输入端相连；所述卤素灯驱动器的输出端分别与两个卤素灯的输入端相连；所述电风扇的输入端与电机驱动器的输出端相连；所述电机驱动器的输入端与计算机的输出端相连。2.根据权利要求1所述的考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，其特征在于所述卤素灯的最大功率小于等于2000W。3.根据权利要求1所述的考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，其特征在于所述D触发器的cp输入端输入时钟脉冲波形，D触发器的D输入端输入脉冲热激励波形，D触发器的Q输出端输出捕捉热激励信号的上升沿与下降沿以后的脉冲波形。4.根据权利要求1所述的考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外热波无损检测装置，其特征在于所述玻璃遮罩的光学性能为：对可见光透明，对红外线不透明。5.一种利用权利要求1-4任一权利要求所述装置实现考虑脉冲热激励信号上升沿与下降沿的红外...

【专利技术属性】
技术研发人员：卜迟武，刘国增，张喜斌，晏祖根，
申请(专利权)人：哈尔滨商业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23