陳大鵬，毛宏霞，肖志河

(1.光學輻射重點實驗室，北京　100854；2.北京環(huán)境特性研究所，北京　100854)

?

紅外熱成像無損檢測技術現(xiàn)狀及發(fā)展

陳大鵬1，毛宏霞2，肖志河2

(1.光學輻射重點實驗室，北京100854；2.北京環(huán)境特性研究所，北京100854)

紅外熱成像是近年來發(fā)展起來的一種快速有效的無損檢測技術，通過主動熱激勵使物體內(nèi)部的異性結構以表面溫場變化的差異形式表現(xiàn)出來，實現(xiàn)缺陷的定位、識別和定量測量；它是一門跨學科的技術，它的研究和應用,提高了多種軍、民用工業(yè)設備的安全性可靠性；綜述了紅外熱成像無損檢測技術的基本概念、關鍵技術原理和系統(tǒng)組成，比對分析了光脈沖、超聲、鎖相、太赫茲等各種熱激勵方式的技術特點，介紹了國內(nèi)外相應的發(fā)展狀況和進展，并給出了一些典型應用案例，最后總結了該技術的發(fā)展趨勢。

紅外熱成像；無損檢測；熱激勵

0　引言

無損檢測(nondestructive testing,NDT)，是指在不會對材料或元件的有效性或可靠性造成損害的前提下，對其內(nèi)部的異性結構(缺陷或損傷)進行探測、定位、識別及測量的一種實用性技術[1]。目前常規(guī)的無損檢測技術有，超聲、X射線、渦流、磁粉、滲透等，各種方法都有其優(yōu)勢，也有其局限性和不足。隨著航空航天等高精尖產(chǎn)業(yè)對無損檢測的需求，各種新的檢測方法不斷涌現(xiàn)。

隨著紅外技術的發(fā)展，近年來出現(xiàn)了一種新的無損檢測技術-紅外熱成像無損檢測技術(又稱紅外熱波無損檢測技術)。它是一門跨學科的技術，它的研究和應用,對提高航空航天器,多種軍、民用工業(yè)設備的安全可靠性具有重要意義。美國多家大公司及政府機構已經(jīng)在廣泛應用和推廣該技術[2-3]。

該技術在我國近十幾年發(fā)展起來，2003年9月該項技術的應用研究也列入了我國國家863 高科技發(fā)展計劃，逐漸應用于航空航天、風電、土木、軍工等領域。

1　國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

紅外熱成像無損檢測技術的開發(fā)和應用受益于20世紀熱成像設備的發(fā)展。1964年，二次世界大戰(zhàn)后，美國德克薩斯儀器公司首次研制成第一代軍用紅外熱像設備。1965年，瑞典開發(fā)研制了具有溫度測量功能的紅外成像裝置，稱為熱像儀。1978年，美國德克薩斯儀器公司又研制成功世界上第一個非制冷紅外熱像系統(tǒng)。20世紀90年代中期，美國FSI公司研制出新一代焦平面熱像儀。隨著焦平面熱像儀的發(fā)展及應用，紅外熱波技術進入了快速發(fā)展的階段，在無損檢測領域中的重要性逐漸顯示出來[4]。

之后，國際上積極開展紅外熱成像無損檢測技術的研究，美國韋恩州立大學是最早從事該項技術的研究單位之一，一直處于該領域的前沿，在光脈沖、超聲激勵紅外熱成像方面取得了很多實際有用的研究成果。之后該技術逐漸被美國多家大公司(如GE、GM、波音、福特、洛克西德、西屋等)及政府機構(如NASA、FAA、空軍、海軍)所采用，并形成了行業(yè)標準，除已有美國無損檢測學會指定的ASNT標準外，還有美國材料試驗協(xié)會指定的ASTM標準，此外，還有各行業(yè)制定的各種操作說明書以及嚴格的人員培訓體系。美國TWI是第一個將紅外熱波技術商業(yè)化的公司，其閃光燈脈沖熱成像產(chǎn)品已經(jīng)被NASA等航空航天部門所承認和廣泛應用[5-9]。此外，英國巴思(Bath)大學、英國無損檢測協(xié)會、德國斯圖加特大學、法國Cedip公司、加拿大Laval大學、俄羅斯、澳大利亞等國都在致力于該項技術的研究，并廣泛應用于飛機復合材料構件內(nèi)部缺陷及膠接質(zhì)量的檢測、沖擊損傷檢測以及蒙皮鉚接質(zhì)量檢測等[10-18]。

國內(nèi)，受熱像儀發(fā)展的限制，紅外熱波無損檢測技術的研究起步較晚。前期工作主要局限在傳統(tǒng)被動式紅外熱成像檢測，掃描、非制冷熱像儀占據(jù)市場主導，其溫度分辨率和采集頻率無法滿足捕捉快速變化溫場的需要。隨著焦平面制冷型熱像儀的發(fā)展和引進，主動式紅外熱成像無損檢測技術近十幾年才逐漸發(fā)展起來[19]。主要研究單位有首都師范大學、北京航空航天大學、北京理工大學、哈爾濱工業(yè)大學、西北工業(yè)大學、南京大學、南京航空航天大學、航空材料研究院、中國民航科學技術研究院等各大高校和科研院所。在熱波檢測理論、熱激勵方法、缺陷尺寸和深度的定量研究等方面取得了一些進步[20-27]，逐漸將其應用于航空航天、風力發(fā)電、汽車制造等領域，并制定了相關的國家標準，如，無損檢測-閃光燈激勵紅外熱像法[28]。

2　關鍵技術及原理

紅外熱成像(又稱“紅外熱波”)技術是一種基于瞬態(tài)熱傳導理論的無損檢測方法。通過主動對物體施加可控熱激勵，使物體內(nèi)部的異性結構(缺陷和損傷，如異物、孔隙、分層、脫粘、多膠、滲入液體等)以表面溫場變化的差異形式表現(xiàn)出來，采用紅外熱像儀連續(xù)觀測和記錄物體表面的溫場變化，并對序列熱圖結果進行運算和處理(減背景、擬合、微分、傅里葉變換等)，以實現(xiàn)對物體內(nèi)部異性結構定性和定量的表征[2-4]。

紅外熱成像檢測的核心是采用了主動式控制熱激勵的方法,與傳統(tǒng)的被動式紅外熱成像檢測是有區(qū)別的。針對被測物的材質(zhì)、結構和缺陷類型以及特定的檢測環(huán)境和條件,需要采用大功率閃光燈、超聲波、激光、THz 波、熱風、電磁感應、電流、機械振動等不同方式的熱激勵手段及相應的機械裝置、控制裝置及編制控制軟件，同時采用紅外熱成像技術對時序熱波信號進行數(shù)據(jù)采集,采用專用軟件進行實時圖像信號處理，并顯示檢測結果。下面介紹幾種典型的熱激勵方式。

2.1光脈沖熱成像技術

分為反射式和透射式兩種，如圖1(a)、(b)所示。它是利用高能脈沖閃光燈對被檢物表面進行熱激勵，瞬間在試件表面形成一層平面熱源，并以熱波的形式在其中傳播。如果試件內(nèi)部有缺陷(脫粘、分層等)，會使該處熱波的傳播形式發(fā)生改變，從而引起試件表面溫場的變化。同時用熱像儀捕捉這個變化的過程，找到缺陷的位置和形狀。此外，熱圖序列還包含了溫場變化的時間信息，通過相應的數(shù)據(jù)處理算法，可以實現(xiàn)缺陷屬性識別、缺陷深度定量測量等。該方法是最為經(jīng)典、成熟的方法，其優(yōu)點是非接觸、檢測速度快。但該方法也受試件表面紅外發(fā)射率、試件幾何形狀以及加熱均勻性的影響[29-31]。

圖1　光脈沖紅外熱成像檢測原理圖

2.2超聲激勵紅外熱成像

超聲激勵紅外熱成像又叫做振動紅外熱成像，該方法是利用超聲能量作為熱激勵源，將20～40 kHz的超聲波耦合進試件。如果試件中有裂紋、分層等缺陷，高頻振動的超聲能量將會引起缺陷界面的摩擦生熱，熱像儀捕捉試件表面溫場的變化，從而實現(xiàn)缺陷的探測[32-34]。該方法利用缺陷部位自身生熱，受背景噪聲影響小，得到的熱圖像對比度高，對垂直于試件表面的裂紋尤其敏感。但該技術熱激勵過程中，超聲焊槍需要在一定壓力下將超聲能量耦合進試件，容易對試件造成二次損傷。目前，首都師范大學紅外熱波聯(lián)合實驗室正致力于空氣耦合超聲激勵紅外熱成像技術的研究[35]，利用特殊設計的槍頭，將超聲能量通過空氣耦合進試件，實現(xiàn)非接觸超聲熱激勵。然而,現(xiàn)階段受制于設備功率和超聲在空氣中的嚴重衰減，激勵效果還遠不如傳統(tǒng)接觸式的方法。但由于其非接觸、無損的特點,有很好的發(fā)展前景。圖2(a)和(b)分別為接觸式與非接觸式超聲激勵紅外熱成像原理圖。

圖2　超聲激勵紅外熱成像原理圖

2.3鎖相紅外熱成像

鎖相紅外熱成像技術是主動對被檢物施加周期調(diào)制的熱激勵(光、超聲等)，如被檢測物內(nèi)部存在缺陷，缺陷部位會產(chǎn)生周期性的熱響應，進而影響試件表面溫場分布。熱像儀采集表面溫場的變化，通過軟、硬件提取特定鎖相頻率下表面熱信號的幅值、相位信息[36-37]。幅值表征了反射波和入射波的矢量和，相位則表征了反射波和入射波之間的相位差，由此來分析被檢測物中的缺陷信息。圖3(a)和(b)分別為光鎖相紅外熱成像檢測原理圖和超聲激勵鎖相紅外熱成像原理圖。

圖3　鎖相紅外熱成像檢測原理圖

光鎖相紅外熱成像一次性檢測面積大，所得的相位圖不易受熱激勵不均勻性、環(huán)境反射、材料表面狀況等影響[38]。超聲鎖相熱成像，可以用功率較小(相對于脈沖超聲激勵)的周期性超聲激勵得到較好的檢測結果，一定程度上避免了對試件造成二次損傷。但是不論是光鎖相還是超聲鎖相，檢測時都需要嘗試不同的鎖相調(diào)制頻率，頻率太高熱波穿透深度不夠，太低得到熱圖像的信噪比低，且單次實驗周期較長[39]。

2.4脈沖相位熱成像

2.5太赫茲激勵的紅外熱波技術(THz Thermal Wave NDT)

太赫茲(Terahertz或THz，1 THz=1012Hz)波通常指的是頻率在0.1～10 THz范圍內(nèi)的電磁輻射。利用THz波作為熱源進行紅外熱波檢測是一個新的探索，通常利用返波振蕩器(返波管，BWO，Backward Wave Oscillator)太赫茲源對試件表面進行持續(xù)的或是周期性的熱激勵，熱像儀探測試件表面溫場變化，檢測原理圖如圖4所示。目前受太赫茲功率源的限制，這項技術還處于試驗階段，對較薄吸波涂層下預埋缺陷進行小范圍熱激勵有一定的檢測效果[43]。在檢測能力上，與技術較為成熟的閃光燈脈沖激勵相比還有很大的差距。但隨著THz技術的發(fā)展，THz發(fā)射源的改進，以其作為熱源的紅外熱波技術也將進一步提高。理論上用THz作為熱激勵源，有如下優(yōu)勢：

1)表面薄膜的紅外熱波檢測，如加熱能量過高，會將其燒毀而破壞被檢測件。而小能量的THz波在不損壞被檢測件的前提下能有效地進行熱激勵。

2)在檢測某些對可見光敏感的材料時，用THz波進行熱激勵可避免對試件造成二次污染。

3)傳統(tǒng)的閃光燈激勵脈沖寬度寬，為毫秒量級，近表面的結構信息往往由于脈寬太寬而被掩埋掉。而THz脈寬窄，為皮秒量級，如用大功率太赫茲脈沖熱激勵，窄脈沖能夠為探測近表面結構信息提供可能(如熱障涂層的厚度測量)。

2.6電磁激勵紅外熱成像

又叫做渦流紅外熱成像，主要是針對金屬材料，尤其是金屬裂紋的檢測，利用高頻磁場在試件產(chǎn)生表面及亞表面的感應電流，如有裂紋存在，會造成裂紋根部電流密度集中，產(chǎn)生多余的熱量，同時用熱像儀探測溫場變化，達到檢測的目的。常用交流電的頻率50～500 kHz，功率為5～10 kW。該方法的優(yōu)點是速度快、非接觸，只有缺陷部位生熱，得到的結果信噪比高；缺點是只能對導電材料進行檢測，不適用某些復合材料。

圖5　太赫茲激勵紅外熱成像檢測原理圖

以上是用于紅外熱波技術的幾種典型的熱激勵方式，但并不局限于以上幾種，任何能夠?qū)Ρ粰z物產(chǎn)生熱擾動的可控熱激勵都可以被采用，如，電熱毯、熱吹風、熱水袋等。只有發(fā)展新的、有效的熱激勵方式，以及相應的數(shù)據(jù)處理算法，才能不斷提高紅外熱波技術的檢測能力[44-45]。

3　應用案例

美國、俄羅斯、法國、加拿大等國已把紅外熱成像檢測技術廣泛應用于飛機復合材料構件內(nèi)部缺陷及膠接質(zhì)量檢測、蒙皮鉚接質(zhì)量檢測。美國還把它用于航天飛機耐熱保護層潮濕檢測,Atlas 空間發(fā)射艙復合材料的脫粘檢測,A3火箭無損檢測[46]，圖6為NASA利用脈沖式紅外熱波技術檢測航天飛機機身蒙皮的照片。

圖6　NASA利用脈沖式紅外熱波技術檢測航天飛機機身蒙皮的照片

美國韋恩州立大學在該技術領域的研究上一直處于最前沿,取得了很多實際的研究成果。圖7所示是他們利用反射式脈沖熱激勵紅外檢測設備對波音747機身復合材料進行現(xiàn)場、在役檢測照片。圖8所示的熱圖像是對該飛機尾翼的蜂窩部件積水缺陷的檢測結果，分別從3個方向(上、下、垂直)進行檢測[47]。

圖7　波音747紅外熱波檢測現(xiàn)場照片

圖8　紅外熱成像方法用于飛機蜂窩結構材料液體滲入的探測

空客公司則是用多種熱激勵方式的紅外熱成像技術檢測飛機蜂窩結構內(nèi)部浸入液體。利用電熱毯、烤箱和冰箱等進行長時間持續(xù)熱激勵，熱像儀采集試件表面升溫及降溫過程。圖9(a)、(b)、(c)分別為3種熱激勵的檢測照片。實驗的目的主要是從快速、大面積、工程應用的角度來研究飛機機身蜂窩結構滲入液體的檢測問題[48]。

圖9　空客公司飛機蜂窩結構材料積水的紅外熱成像檢測

在FAA1998,1999 和2000年飛機機身無損探傷技術競標中,此技術擊敗包括X 射線、超聲波、暗電流檢測等多項技術而唯一勝出。并逐漸被NASA、美國空軍和海軍、波音、洛克希德,各大汽車公司及各大航空公司等許多知名大公司所采用[49]。

加拿大空中交通研究中心和LAVAL大學設計有不同尺寸、不同類型缺陷的碳纖維蒙皮蜂窩結構材料板。對不同檢測手段的檢測效果和精度進行比對分析[50-53]，如圖10所示。

圖10　試件設計示意圖

德國斯圖加特大學開發(fā)了超聲激勵的鎖相紅外熱成像技術，對物體施加周期性、可控頻率的超聲熱激勵，來研究物體內(nèi)部結構對周期性溫度變化的熱響應[5]，該研究單位有大量關于金屬及復合材料微裂紋檢測的相關報道，在超聲鎖相熱成像技術領域一直處于領先地位[32]。此外，俄羅斯、英國、日本、澳大利亞、芬蘭、意大利等國家也都致力于該項技術的研究，并形成了各自的技術特點[54-56]。

國內(nèi)，紅外熱成像無損檢測技術近十幾年逐漸發(fā)展起來，尤其是在復合材料無損探傷領域的優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)出來。文獻報道中，已有多家單位將其用于飛機復合材料內(nèi)部缺陷的檢測。如，航天材料及工藝研究所的陳桂才等學者利用有源紅外熱波無損檢測技術對鋁蜂窩和泡沫夾芯復合材料的脫粘缺陷進行了檢測研究，驗證了該方法的可行性[26]；北京航空航天大學的郭興旺教授研究了脈沖相位法在復合材料檢測中的應用，指出分析相位圖是對蜂窩結構復合材料無損檢測和評估的有效方法[42]；哈爾濱工業(yè)大學的汪子君博士，利用鎖相紅外熱成像檢測技術對復合材料進行了實驗研究，劉慧等利用頻率調(diào)制的超聲紅外熱成像技術檢測金屬微裂紋缺陷，并研究了不同熱激勵位置對檢測效果的影響，圖11所示為不同熱激勵位置得到的相位熱圖[57]；

圖11　超聲鎖相激勵熱成像相位熱圖

s空軍第一航空學院利用脈沖紅外熱成像技術對某型號戰(zhàn)斗機上使用的玻璃纖維復合材料中的分層缺陷和蜂窩結構復合材料沖擊損傷缺陷進行了實驗研究，提出了利用圖像增強和二值化處理方法計算沖擊損傷面積[25]；中國航空綜合技術研究所李慧娟、蔡良續(xù)等對復合材料中典型缺陷進行了脈沖紅外檢測和鎖相紅外檢測的研究，設計不同的試件來研究脫粘、分層缺陷的紅外熱成像檢測方法、檢測能力、檢測工藝等[58-59]；裝甲兵工程學院利用該技術對武器裝備機電系統(tǒng)進行質(zhì)量檢測，提高了武器裝備的使用壽命。南京大學對超聲激勵作用下鋁板裂紋缺陷發(fā)熱情況進行了有限元模擬研究。2003年9月，北京航空航天大學與首都師范大學建立紅外熱波聯(lián)合實驗室，承擔國家863項目—關于紅外熱波無損檢測技術在復合材料的應用研究，開展了脈沖紅外熱成像檢測技術對于復合材料中分層、脫粘、沖擊損傷等缺陷檢測和深度測量的研究，圖12為該實驗室對碳纖維層壓板沖擊損傷檢測紅外熱成像檢測結果的熱圖序列，圖13為利用超聲熱激勵檢測飛機前起落架旋轉(zhuǎn)臂裂紋缺陷熱圖像，并對裂紋位置和尺寸進行了測量。此外，相關報道中該技術在固體燃料發(fā)動機、ITER項目、土木工程、文物保護等領域也有大量應用案例[60-62]。

圖12　碳纖維沖擊損傷檢測結果熱圖序列

圖13　超聲激勵紅外熱成像檢測飛機起落架裂紋缺陷

4　結束語

紅外熱成像無損檢測技術是一項通用技術,具有很強應用性和可拓展性?？梢詰糜诙喾N材料和結構。該技術的應用既可作為產(chǎn)品評價的依據(jù),也為工藝分析提供參考信息。可用于改進材料的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設計、加工制造、成品檢驗以及使用的各個階段。該項檢測技術的優(yōu)勢明顯，應用也越來越廣泛，從軍工到民用，從航空航天到土木建筑。目前已形成相應國家標準和企業(yè)標準，從實驗室研究逐漸發(fā)展成為一種符合工程應用需求的常規(guī)檢測技術，為各行各業(yè)產(chǎn)品故障診斷和延長使用壽命起到了不可或缺的作用。總結該技術的發(fā)展趨勢有如下幾點：

1)脈沖紅外熱成像，隨著理論、算法研究的成熟，逐漸向高精度、定量化檢測方向發(fā)展；另外，窄脈沖激勵、高幀頻熱像儀的發(fā)展為較薄(微米級)涂層的檢測和測厚測量提供了可能。

2)超聲紅外熱成像的發(fā)展則更傾向于頻率調(diào)制、低激勵能量、空氣耦合等特點，以適應各種被檢對象的需求，并不再局限于金屬裂紋的檢測，逐漸應用于非金屬材料和復合材料。

3)隨著太赫茲技術的發(fā)展，太赫茲與紅外相結合的檢測方式也是未來的發(fā)展方向之一。

4)針對快速、工程化檢測的需求，各種簡單、有效的激勵方式被開發(fā)出來，如熱吹風，冷熱水循環(huán)、電熱毯等，針對不同檢測需求，設計相應的熱激勵方法是工程化檢測的發(fā)展趨勢。

5)由航空航天逐漸向民用領域發(fā)展，如風電、文物保護、建筑等；近年來該技術各項標準逐漸完善，操作人員考級持證上崗，該技術也由五大傳統(tǒng)檢測技術的補充，逐漸發(fā)展成為一種不可或缺的常規(guī)檢測技術。

[1] 邵澤波,劉興德. 無損檢測[M]. 北京: 化學工業(yè)出版社,2011.

[2] Maldague X,Moor P O. Infrared and thermal testing: nondestructive testing handbook[M]. America: The American Society for Nondestructive Testing,2001: 48-93.

[3] Maldague X. Introduction to NDT by active Infrared thermography[J]. Materials Evaluation,2002,60(9): 1060-1073.

[4] Carlomagno G M,Meola C. Comparison between thermographic techniques for frescoes NDT[J]. NDT&E International,2002,35(8): 559-565.

[5] Wang X. Pulse-echo thermal wave imaging of metals and composite[D]. Detroit: Wayne State University,2001.

[6] Han X Y,Favro L D,Li L,et al. Quantitative thermal wave carrion measurements on a DC-9 Belly skin in the presence of irregular paint thickness variations[J]. Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation,2001,20: 483-486.

[7] Favro L D,Kuo P K,Thomas R L. Thermal wave imaging for aging aircraft inspection[J]. Material Evaluation,1993,53(12): 1386-1389.

[8] Han X Y,Favro L D,Kuo P K,et al. Early-time pulse-echo thermal wave imaging[A]. Twenty-Second Symposium on Quantitative Nondestructive Evaluation[C]. Seattle: CSA,1996: 519-524.

[9] Han X Y,Favro L D,Thomas R L. Quantitative defect depth measurements for NDE of composites[A]. Proceedings of the American Society for Composites[C]. Lancaster: Technomic Publishing ,1998: 1077-1081.

[10] Schroeder J A,Ahmed T,Chaudhry B,et al. Non-destructive testing of structural composites and adhesively bonded composite joints: pulsed thermography[J]. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing,2002,33(11): 1511-1517.

[11] Almond D P,Peng W. Thermal imaging of composites[J]. Journal of Microscopy,2001,201(2): 163-170.

[12] Ball R J,Almond D P. The Detection and measurement of impact damage in thick carbon fiber reinforced laminates by transient thermography[J]. NDT&E International,1998,31(3): 165-175.

[13] Angelidis N,Irving P E. Detection of impact damage in CFRP laminates by means of electrical potential techniques[J]. Composites Science and Technology,2007,67(3): 594-604.

[14] Chambers A R,Mowlem M C,Dokos L. Evaluating impact damage in CFRP using fiber optic sensors[J]. Composites Science and Technology,2007,67(6): 1235-1242.

[15] Wu D,Salerno A,Busse G. Lockin-thermography for non-destructive evaluation of aerospace structures[A]. Proceedings of the 7th European Conference on Non-Destructive Testing[C]. Copenhagen: NDT,1998,3(9): 26-29.

[16] Dillenz A,Busse G,Wu D,et al. Ultrasound Lock-in thermography: feasibilities and limitation[A]. Diagnostic Imaging Technologies and Industrial Applications[C]. Munich: SPIE,1999,3827: 10-15.

[17] Wu D,Busse G. Lock-in thermography for nondestructive evaluation of materials[J]. Revue Generale de Thermique,1998,37(8): 693-703.

[18] Vallerand S,Maldague X. Defect Characterization in pulsed thermography: a statistical method compared with Kohonen and perceptron neural networks[J]. NDT&E International,2000,33(5): 307-315.

[19] 王迅,金萬平,張存林,等. 紅外熱波無損檢測技術及其進展[J]. 無損檢測,2004,26(10): 498-501.

[20] 李艷紅,金萬平,楊黨綱,等. 蜂窩結構的紅外熱波無損檢測[J]. 紅外與激光工程，2006,35(1): 45-48.

[21] 李艷紅,張存林,金萬平,等. 碳纖維復合材料的紅外熱波檢測[J]. 激光與紅外,2005,35(4): 262-264.

[22] 郭興旺. 復合材料紅外無損檢測的建模分析和熱像處理[J]. 北京航空航天大學學報,2004,30(4): 363-369.

[23] 汪子君. 紅外相位法無損檢測技術及應用研究[D]. 哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2009.

[24] 劉俊巖,戴景民,王揚. 紅外鎖相法熱波檢測技術及缺陷深度測量[J]. 光學精密工程,2010(18): 37-44.

[25] 楊小林,代永朝,李艷紅. 紅外熱波技術在飛機復合材料損傷檢測中的應用[J]. 無損檢測,2007,29(4): 200-202.

[26] 陳桂才,吳東流,程茶園. 復合材料缺陷的紅外熱波無損檢測[J]. 宇航材料工藝,2004(1): 55-58.

[27] 繆鵬程,米小兵,張淑儀,等. 超聲紅外熱像檢測中缺陷發(fā)熱的瞬態(tài)溫度場的有限元分析[J]. 南京大學學報(自然科學),2005,41(1): 98-104.

[28] GB/T 26643-2011. 無損檢測-閃光燈激勵紅外熱像法,導則[S]. 北京: 中國標準出版社,2011.

[29] 劉波,張存林,馮立春,等. 熱波檢測碳纖維蜂窩材料脫粘缺陷的邊緣識別[J]. 紅外與激光工程,2007,36(2): 211-214.

[30] 蔣淑芳,寧寧,沈京玲,等. 碳纖維層壓板沖擊損傷的紅外熱波無損檢測[J]. 紅外與激光工程,2006,35(3): 267-270.

[31] 霍雁,李慧娟,趙躍進,等. 脈沖紅外熱成像對于碳纖維復合材料檢測能力的研究[J]. 中國激光,2010,37(s1): 277-281.

[32] 陳大鵬,張存林,李曉麗,等. 超聲熱紅外技術在無損檢測領域中的應用[J]. 激光與紅外,2008,38(8): 778-780.

[33] 陳大鵬,李曉麗,李艷紅,等. 超聲紅外熱像技術檢測激光焊縫質(zhì)量[J]. 無損檢測,2008,30(10): 747-749.

[34] Chen D P,Wu N M,Zhang Z. Defect recognition in thermosonic imaging[J]. Chinese Journal of Aeronautics,2012,25(10): 657-662.

[35] Chen D P,Zeng Z,Tao N,et al. Air-coupled ultrasonic thermography for inspecting impact damages in CFRP composite[J]. Chinese Optics Letters,2012,10(S1): S10401.

[36] Dolinkoa A E,Kaufmann G H. Enhancement in flaw detectability by means of lock-in temporal speckle pattern interferometry and thermal Waves[J]. Optics and Laser in Engineering,2007,45(6): 690-694.

[37] Breitenstein O,Warta W,Langenkamp M. Lock-in thermography basics and use for evaluating electronic devices and materials[M]. Springer: Springer Series in Advanced Microelectronics,2010: 149-224.

[38] Wu D T,Busse G.Lock-in thermography for nondestructive evaluation of materials[J]. Revue General Thermique,1998,37(8): 693-703.

[39] 劉波,李艷紅,張小川. 鎖相紅外熱成像技術在無損檢測領域的應用[J]. 無損探傷,2006,30(3): 12-15.

[40] Maldague X P,Marinetti S. Pulse phase infrared thermography[J]. Journal of Applied Physics,1996,79(5): 2694-2698.

[41] 李艷紅,趙躍進,馮立春,等. 基于脈沖位相的紅外熱波無損檢測法測量缺陷深度[J],光學精密工程,2008,16(1): 55-58.

[42] 郭興旺,劉穎韜. 脈沖相位法及其在復合材料無損檢測中的應用[J]. 北京航空航天大學學報,2005,31(10): 1049-1053.

[43] 陳大鵬,邢春飛,張存林. 太赫茲激勵的紅外熱波檢測技術[J]. 物理學報,2012,61(2): 024202-1-6.

[44] Zenzinger G,Bamberg J,Satzger W,et al. Thermographic crack detection by eddy current excitation[J]. Nondestructive Testing and Evaluation,2007,22(2): 101-111.

[45] Pan M C,He Y Z,Tian G Y,et al. Defect characterisation using pulsed eddy current thermography under transmission mode and NDT applications[J]. NDT&E International,2012,52(10): 28-36.

[46] Thomas R L,Han X Y,Favro L D,et al. Thermal wave imaging of aircraft for evaluation of disbonding and corrosion[A]. Presented at 7th European Conference on Non-destructive Testing[C]. Copenhagen: NDT,1998: 126-130.

[47] Favro L D,Ahmed T,Han X Y,et al. Thermal Wave Imaging of Disbonding and Corrosion on Aircraft[J]. Review Progress of Quantitative Nondestructive Evaluation,1995,15(10): 1747-1753.

[48] Han X Y,Favro L D,Thomas R L. Thermal wave NDI of Disbonds and corrosion in aircraft[A]. Second Joint NASA/FAA/DOD Conference on Aging Aircraft[C]. America: NASA,1999: 265-274.

[49] Bisle W. NDT toolbox for honeycomb sandwich structures - a comprehensive approach for maintenance inspections[A]. ATA NDT Forum[C]. America: ATA NDT Forum,2010: 1-8.

[50] Giguere J S R. Damage mechanisms and non-destructive testing in case of water ingress in CF-18 flight control surfaces[M]. Canada: Canada Defence and Civil Institute of Environmental Medicine,2000: 1-36.

[51] Ibrra-Castanedo C,Marc G,Maldague X,et al. Inspection of aerospace materials by pulsed thermography,lock-in thermography and vibrothermography: A Comparative Study[A]. Thermosence XXIX,Defense and Security Symposium[C]. SPIE,2007,6541(16): 1-9.

[52] Genest M,Ibarra-Castanedo C,Piau J M,et al. Comparison of thermography techniques for inspection of F/A-18 honeycomb structures[A]. ASNT Spring Conference[C]. America: ASNT Spring Conference,2009: 1-14.

[53] Ibrra-Castanedo C,Brault L,Marcotte F,et al. Water ingress detection in honeycomb sandwich panels by passive infrared thermography using a high- resolution thermal imaging camera[A]. Thermosense,Thermal Infrared Applications XXXIV[C]. Orlando SPIE,2012,8354(05): 1-8.

[54] Vavilov V P,Klimov A G,Shiryaev V V. Active thermal detection of water in cellular aircraft structures[J]. Russian Journal of Nondestructive Testing,2002,38(12): 927-936.[55] Waldemar S. Applications of IR thermography methods for nondestructive evaluation of honeycomb type composite materials in aircraft industry[A]. Proceedings of the 4th European Workshop on Structural Health Monitoring[C]. Cracow: Proceedings of the 4th European Workshop on Structural Health Monitoring,2008: 1297-1304.

[56] Saarimaki E,Ylinen P. Development of thermographic inspection routine exploiting phase transition of water for moisture detection in aircraft structures[A]. Thermosense XXXI[C]. Orlando SPIE,2009,7299(11): 1-9.

[57] 劉慧. 超聲紅外鎖相熱像無損檢測技術的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學,2010.

[58] 李慧娟,霍雁,蔡良續(xù),等. 不同光學方法對蜂窩結構中脫粘缺陷檢測[J]. 激光與光電子進展,2010,47(11): 1-4.

[59] 李慧娟,吳東流,王俊濤,等. 鋁蒙皮蜂窩夾層結構的各種無損檢測方法[J]. 無損探傷,2009,2(33): 9-12.

[60] 趙石彬,趙佳,張存林,等. 紅外熱波無損檢測中材料表面下缺陷類型識別的有限元模擬及分析[J]. 應用光學,2007,28(5): 559-563.

[61] 張小川,李艷紅,丁友福,等. 玻璃鋼試件紅外熱波檢測能力研究[J]. 無損檢測,2006，28(11): 587-589.

[62] 劉波,張存林,李艷紅,等. 基于紅外熱波無損檢測系統(tǒng)中閃光燈陣列脈沖熱激勵裝置的研制[J]. 中國儀器儀表,2006(12): 38-44.

Infrared Thermography NDT and Its Development

Chen Dapeng1,Mao Hongxia2,Xiao Zhihe2

(1.Key Lab.of Science and Technology on Optical Radiation,Beijing 100854, China; 2.Beijing Institute of Environment Features, Beijing100854, China)

The Infrared Thermography is a fast and effective NDT technology which developed ten of years. The non-uniform structure under the surface becomes visualized because of the surface temperature variation by the active heat stimulation; and the locating,recognition and quantitative measurement of the defects are realized by data processing. Infrared thermography NDT is an interdisciplinary technology; the research and application of it improve the safety and reliability of variety of military and civilian equipment. In this paper,the principle,concept and system compositions of infrared thermography are briefly introduced; technical characteristics of several stimulations methods,such as light pulse,ultrasonic,Lock-in,and THz are compared and analyzed; furthermore,development of the technology at aboard and native is introduced,as well as some typical applications are shown,and finally the development trend of this technology is summarized.

infrared thermography; non-destructive testing; thermal stimulation

1671-4598(2016)04-0001-06DOI：10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2016.04.001

TP274

A

2015-09-23；

2015-10-18。

陳大鵬(1983-)，男，山東淄博人，博士，主要從事目標與環(huán)境光學特性方向的研究。