调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统及方法技术方案

调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统及方法，它涉及一种热波层析成像检测系统及方法。本发明专利技术所述检测系统包括计算机、第一USB数据线、函数发生器、第一BNC数据线、第二USB数据线、脉冲触发器、第三USB数据线、电磁涡流电源、电源线、电磁涡流线圈、二维移动台、焦平面红外热像仪、一维移动台、第二BNC数据线、以太网线和同步触发器。本发明专利技术属于导电材料缺陷、损伤的无损检测与评价领域。料缺陷、损伤的无损检测与评价领域。料缺陷、损伤的无损检测与评价领域。

【技术实现步骤摘要】
调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及一种热波层析成像检测系统及方法，属于导电材料缺陷、损伤的无损检测与评价领域。

技术介绍

[0002]材料缺陷位置的有效检测及其尺寸的精准量化表征是无损检测技术的主要目标，同时实现材料内部状态的三维层析成像则是其精准量化表征的主要呈现形式。目前传统的检测方法如，X射线、光声、光学等方法均实现了层析成像，与其对应的层析技术为X射线断层层析成像(CT)、光声层析成像以及光学相干层析成像(OCT)等技术。层析成像技术的探测深度与深度探测分辨率始终是一对不可调谐的参数，若想实现较深的探测深度，那必须牺牲深度分辨率，若想获取较好的深度分辨率，那探测深度就非常有效。比如光学相干层析成像技术的深度分辨率可以实现5μm，但其探测深度则仅限于1mm以内；目前工业CT的探测深度为1
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2.5m，但其深度分辨率为300μm。查阅大量相关文献发现，目前针对探测深度为4mm以内，分辨率为10
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30μm的层析成像方法尚属空白。而目前在航空航天、微电子及微纳结构领域有较多的材料或缺陷的检测需要此种精度的探测方法进行三维表征，如航空飞机机翼的碳环氧蒙皮蜂窝夹层结构材料，其碳环氧蒙皮厚度范围为2
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4mm，蒙皮与蜂窝夹层结构的脱粘缺陷尺寸等效直径一般为1mm以内。因此，专利技术一种探测深度为4mm以内，分辨率为10
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30μm的层析成像方法与基于该方法的检测系统是十分必要的。
[0003]主动式红外热波成像检测技术作为一种新兴的非常规无损检测技术在航空航天新材料检测领域发挥着越来越重要的作用。根据激励源不同，目前该技术主要包括，脉冲红外热波成像技术、锁相红外热波成像检测技术、热波雷达(线性调频)成像检测技术以及二进制相位编码红外热波成像检测技术等。在已有研究中，唐庆菊等(专利号：CN201310455288.7)专利技术了一种脉冲红外热波成像技术实现了对热障涂层材料厚度的有效检测，为了保证对表面状况的有效检测，其采用的脉冲激励时间仅为1/600s，如此短的激励时间无法保证足够多的有效能量注入，因此，探测深度小于1mm。李慧娟等(专利号：CN202110835808.1)专利技术了一种锁相红外热波成像检测技术对蜂窝夹层结构等进行了检测研究，但该方法采用单一频率进行热流调制，获取的结果为一定深度的积分信息，无法实现深度分辨，进而无法基于方法实现层析成像。刘俊岩等(专利号：CN201410162717.6)专利技术了一种针对CFRP缺陷检测的红外热波雷达成像方法，该方法采用线性频率调制激光热流对试件进行主动热激励，虽然该方法具有较好的深度分辨能力，但仍无法实现层析成像检测。西安交通大学张伟旭等(专利号：CN102954968A)专利技术了一种采用电磁涡流激励方式对热障涂层部件进行红外热波成像的方法，该方法主要实现了热障涂层部件损伤的检测，无法实现对损伤的量化表征。殷鹰等(专利号：CN202010104000.1)专利技术公开了一种适用于自然裂纹的脉冲涡流热成像缺陷检测方法，该方法考虑了目标区域与背景区域像素点温度变化，对高背景噪声下的裂纹具有较好检测结果，但并未实现尺寸量化与层析表征。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决目前常规红外无损检测技术无法实现层析量化表征的问题，进而提出调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统及方法。
[0005]本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是：本专利技术所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统包括计算机、第一USB数据线、函数发生器、第一BNC数据线、第二USB数据线、脉冲触发器、第三USB数据线、电磁涡流电源、电源线、电磁涡流线圈、二维移动台、焦平面红外热像仪、一维移动台、第二BNC数据线、以太网线和同步触发器；
[0006]计算机的信号输出端通过第一USB数据线与函数发生器的信号输入端连接，计算机的信号输入端通过以太网线与焦平面红外热像仪的信号输出端连接，函数发生器的信号输出端通过第一BNC数据线与同步触发器的信号输入端连接，同步触发器的信号输出端通过第二USB数据线与脉冲发生器的信号输入端连接，同步触发器的信号输出端通过第二BNC数据线与焦平面红外热像仪的信号输入端连接，脉冲触发器的信号输出端通过第三USB数据线与电磁涡流电源的信号输入端连接，电磁涡流电源的信号输出端通过电源线与电磁涡流线圈连接，待测试件放置在二维移动台上，焦平面红外热像仪放置在一维运动台上。
[0007]进一步的，所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统还包括第一制冷循环水管、第四USB数据线、水冷制冷器和第二制冷循环水管；电磁涡流电源的信号输出端通过第四USB数据线与水冷制冷器的信号输入端连接，电磁涡流电源的循环水冷端子通过第一制冷循环水管与水冷制冷器连接，水冷制冷器通过第二制冷循环水管与电磁涡流线圈连接。
[0008]本专利技术所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像方法是通过如下步骤实现的：
[0009]步骤一、将试件放置在二维移动台上；
[0010]步骤二、开启计算机、函数发生器、脉冲触发器、同步触发器、焦平面红外热像仪；
[0011]步骤三、开启电磁涡流电源和水冷制冷器；
[0012]步骤四、计算机通过以太网线连接焦平面红外热像仪，利用焦平面红外热像仪自带实时成像软件，调整承载焦平面红外热像仪的一维移动台以及承载待检测试件的二维移动台，以实现焦平面红外热像仪成像范围可以覆盖试件待检区域；
[0013]步骤五、计算机构造调频脉冲序列数字形式激励信号；
[0014]步骤六、电磁涡流电源按照调频脉冲序列信号规律实现电磁涡流线圈对检测试件的感应加热，此时焦平面红外热像仪实时采集试件表面热辐射信号，当激励或采集时间达到T
s
时，焦平面红外热像仪停止采集图像，电磁涡流线圈停止感应加热；
[0015]步骤七、计算机构造窄脉冲宽度调频脉冲信号序列，同时该参考信号序列分别与热波进行互相关匹配滤波运算；
[0016]步骤八、关闭计算机、函数发生器、同步触发器、脉冲触发器以及焦平面红外热像仪；
[0017]步骤九、间隔5分钟后，关闭电磁涡流电源及水冷制冷器，已实现电磁涡流线圈以及电磁涡流电源的充分冷却后关机。
[0018]进一步的，步骤三中设置制冷温度为25℃。
[0019]进一步的，步骤五中调频脉冲序列激励信号的时间函数满足如下方程：
[0020][0021][0022][0023]公式
①
、
②
、
③
中E
p
表示调频脉冲序列数字信号，Q表示峰值功率，t表示时间，H(t)是亥维赛单位函数，t
p
表示脉冲持续时间，p表示脉冲总数，δ表示狄拉克函数，f
s
表示起始频率，f
n
表示终止频率，T
s
表示扫描周期，G表示扫描速率，n＝0,1,2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统，其特征在于：所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统包括计算机(1)、第一USB数据线(2)、函数发生器(3)、第一BNC数据线(4)、第二USB数据线(5)、脉冲触发器(6)、第三USB数据线(7)、电磁涡流电源(8)、电源线(13)、电磁涡流线圈(14)、二维移动台(16)、焦平面红外热像仪(17)、一维移动台(18)、第二BNC数据线(19)、以太网线(20)和同步触发器(21)；计算机(1)的信号输出端通过第一USB数据线(2)与函数发生器(3)的信号输入端连接，计算机(1)的信号输入端通过以太网线(20)与焦平面红外热像仪(17)的信号输出端连接，函数发生器(3)的信号输出端通过第一BNC数据线(4)与同步触发器(21)的信号输入端连接，同步触发器(21)的信号输出端通过第二USB数据线(5)与脉冲发生器(6)的信号输入端连接，同步触发器(21)的信号输出端通过第二BNC数据线(19)与焦平面红外热像仪(17)的信号输入端连接，脉冲触发器(6)的信号输出端通过第三USB数据线(7)与电磁涡流电源(8)的信号输入端连接，电磁涡流电源(8)的信号输出端通过电源线(13)与电磁涡流线圈(14)连接，待测试件(15)放置在二维移动台(16)上，焦平面红外热像仪(17)放置在一维运动台(18)上。2.根据权利要求1所述的调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统，其特征在于：所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像检测系统还包括第一制冷循环水管(9)、第四USB数据线(10)、水冷制冷器(11)和第二制冷循环水管(12)；电磁涡流电源(8)的信号输出端通过第四USB数据线(10)与水冷制冷器(11)的信号输入端连接，电磁涡流电源(8)的循环水冷端子通过第一制冷循环水管(9)与水冷制冷器(11)连接，水冷制冷器(11)通过第二制冷循环水管(12)与电磁涡流线圈(14)连接。3.一种利用权利要求1所述检测系统的调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像方法，其特征在于：所述调频脉冲序列电磁涡流激励热波层析成像方法是通过如下步骤实现的：步骤一、将试件(15)放置在二维移动台(16)上；步骤二、开启计算机(1)、函数发生器(3)、脉冲触发器(6)、同步触发器(21)、焦平面红外热像仪(17)；步骤三、开启电磁涡流电源(8)和水冷制冷器(11)；步骤四、计算机(1)通过以太网线(20)连接焦平面红外热像仪(17)，利用焦平面红外热像仪(17)自带实时成像软件，调整承载焦平面红外热像仪(17)的一维移动台(18)以及承载待检测试件(15)的二维移动台(16)，以实现焦平面红外热像仪(17)成像范围可以覆盖试件(15)待检区域；步骤五、计算机(1)构造调频脉冲序列数字形式激励信号；步骤六、电磁涡流电源(8)按照调频脉冲序列信号规律实现电磁涡流线圈(14)对检测试件(15)的感应加热，此时焦平面红外热像仪(17)实时采集试件(15)表面热辐射信号，当激励或采集时间达到T
s
时，焦平面红外热像仪(17)停止采集图像，电磁涡流线圈(14)停止感应加热；步骤七、计算机(1)构造窄脉冲宽度调频脉冲信号序列，同时该参考信号序列分别与热波进行互相关匹配滤波运算；步骤八、关闭计算机(1)、函数发生器(3)、同步触发器(21)、脉冲触发器(6)以及焦平面
红外热像仪(17)；步骤九、间隔5分钟后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王飞，刘俊岩，宋鹏，孟祥林，王永辉，岳卓言，魏嘉呈，岳洪浩，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：