CN103901073A - 一种基于移相调频的光热成像检测方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于移相调频的光热成像检测方法，其步骤如下：S1、利用函数发生器产生相位编码脉内线性调频信号，对卤素光源的功率放大器进行模拟调制，实现卤素光源输出光强按照相位编码脉内线性调频信号规律变化；S2、将计算机与焦平面红外热像仪连接，控制焦平面红外热像仪采集被测试样表面的热波雷达信号；S3、对采集到的图像序列进行处理，提取移相调频热波信号的时频域特征信息，并得到特征信息图像进行缺陷检测。本发明采用相位编码脉内线性调频信号对加热热源进行调制，克服了锁相法热波成像检测的不足，提高了对缺陷深度的分辨率与探测范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用主动式红外热波检测手段来实现材料内部缺陷层析检测的方法，尤其涉及了一种基于移相调频的光热成像检测方法。
背景技术
随着工业检测技术的快速发展，无损检测技术已成为保证产品质量的必要手段之一。射线检测、超声检测和电磁检测等常规检测仅能够提供材料内部缺陷的二维图像，无法给出表征材料内部不同深度缺陷的三维层析图像，工业CT技术的出现实现了材料内部缺陷的三维检测，但检测时间长，检测成本高。主动式红外热波成像无损检测技术具有快速、非接触、无须耦合、大面积检测等优点。红外锁相法热波无损检测技术是目前应用最广泛的红外热波成像无损检测技术之一，该技术能够克服加热不均、检测速度慢等缺点，但采用该技术对材料内部不同深度的缺陷进行层析成像时，探测范围随调制频率的降低而增加，但缺陷深度的分辨率随探测深度的增加而减小。
发明内容
为了提高红外热波成像检测材料内部缺陷时的探测深度与分辨率，本发明提供了一种基于移相调频的光热成像检测方法，采用相位编码脉内线性调频信号对加热热源进行调制，该方法克服了锁相法热波检测层析成像技术的缺陷，提高了对缺陷深度的分辨率与探测范围。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种基于移相调频的光热成像检测方法，包括以下步骤：
S1、调整卤素灯与被测样件的空间位置，利用BNC数据线将信号发生器的信号输出端口与卤素光源功率放大器的模拟调制信号输入端口相连，由计算机控制函数发生器产生脉内线性调频，脉间二相编码混合信号，驱动卤素光源功率放大器的功率驱动器，使卤素灯的功率按照相位编码脉内线性调频信号规律变化；
S2、利用以太网数据线将计算机与焦平面红外热像仪连接，打开卤素灯的电源，由计算机控制焦平面红外热像仪采集被测样件表面的移相调频热波信号，记录至少2~3个周期，为了完整地采集到热波雷达信号的时频域特征信息，焦平面红外热像仪采样频率应设置为线性调频信号最高频率的5~10倍，将采集到的图像数据存储到计算机相应目录下；
S3、利用计算机编程对采集到的图像序列进行处理，采用相关算法（时域信号处理分析的常用算法）、傅立叶变换算法及希尔伯特变换算法提取移相调频热波信号的时频域特征信息并形成特征图像，利用特征图像确定材料内部缺陷特征。
更具体地，以上所述的一种材料内部缺陷移相调频光热成像检测方法，所述的步骤S1中，卤素灯通过调整架调整入射光线与被测样件待检区域表面外法线的夹角，其最大夹角应小于60°。
更具体地，以上所述的一种材料内部缺陷移相调频光热成像无损检测方法，所述的步骤S2中，利用计算机编程控制焦平面红外热像仪的积分时间与采样频率设置。
更具体地，以上所述的一种材料内部缺陷移相调频光热成像无损检测方法，所述的步骤S3中，采用相关算法、傅立叶变换算法及希尔伯特变换算法提取移相调频热波信号的时频域特征信息并形成特征图像，实现材料内部缺陷的检测。
本发明中，采用的焦平面红外热像仪像素320×256，全幅最大采样频率为170Hz。
本发明中，采用的函数发生器输出的调制信号为相位编码脉内线性调频信号。
本发明利用计算机软件对红外图像序列进行处理，实现了移相调频光热成像无损检测，移相调频光热成像无损检测方法是一种利用数字信号处理方法提取移相调频热波信号时频域特征信息并进行分析的方法。针对材料内部缺陷，利用移相调频光热成像无损检测方法，可同时得到的样件表面移相调频热波信号多个特征信息，实现对材料内部缺陷的快速、准确检测。
附图说明
图1为基于移相调频的光热成像检测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本发明提供的移相调频光热成像无损检测方法利用计算机编程处理红外图像序列实现样件内部缺陷的无损检测。图中焦平面红外热像仪5与计算机8的以太网接口连接，利用计算机编程完成焦平面红外热像仪5的初始化、积分时间及采样频率设置。卤素灯3将光照射到被测样件1表面，函数发生器12通过信号线1与卤素光源功率放大器10相连，控制卤素灯3的光强按照相位编码脉内线性调频信号规律变化。入射光照射到被测样件1表面，产生热波2。焦平面红外热像仪5记录被测样件1表面产生的表面移相调频热波信号，利用相关算法、傅立叶变换算法及希尔伯特变换算法提取移相调频热波信号的时频域特征信息并形成特征图像，通过对特征图像的图像处理与分析，提取被测样件1内部缺陷特征，实现对被测样件1内部缺陷的快速、准确检测。
本发明的具体实施包括三个部分：相位编码脉内线性调频规律调制的卤素光源激励、焦平面红外热像仪采集图像序列和移相调频热波处理与特征图像分析。
一、相位编码脉内线性调频规律调制的卤素光源激励步骤
步骤1：将卤素灯3通过电源线4与卤素光源功率放大器10连接，卤素灯3与焦平面红外热像仪5的镜头保持在同一平面内；
步骤2：调卤素灯3的入射角度，保证入射光尽可能照射到被测样件1的待检区域内；
步骤3：函数发生器11的模拟信号输出端通过信号线10与卤素光源功率放大器9的模拟调制信号输入端相连，通过USB数据线8将函数发生器11与计算机7相连，函数发生器11通过第一数据线12与焦平面红外热像仪5相连；
步骤4：通过计算机编程控制函数发生器11，设置调制信号参数，实现卤素灯3发出的光强按照相位编码脉内线性调频信号规律变化。
二、焦平面红外热像仪采集图像序列步骤
步骤1：将焦平面红外热像仪5通过数据线6与计算机7上的以太网接口连接；
步骤2：通过计算机编程完成焦平面红外热像仪5的初始化、积分时间及采样频率的设置，调节焦平面红外热像仪5的调焦镜头，保证被测样件1的待检测区域在计算机7的屏幕上清晰可见；
步骤3：打开卤素光源功率放大器9的输出开关，使卤素灯3的光强按相位编码脉内线性调频规律激励被测样件1产生表面热波雷达信号；
步骤4：焦平面红外热像仪5对被测样件1待检区域表面产生的移相调频热波信号进行记录，记录2~3个周期，为了完整地采集到热波雷达信号的时频域特征信息，焦平面红外热像仪5采样频率应设置为调制信号最高频率的5~10倍，将采集到的图像数据存储到计算机7相应目录下。
三、移相调频热波处理与特征图像分析步骤
步骤1：计算机编程对采集的移相调频热波信号进行处理，采用相关算法、傅立叶变换算法及希尔伯特变换算法提取移相调频热波信号的时频域特征信息，形成特征图像；
步骤2：通过对特征图像进行图像处理与分析获取被测样件1内部缺陷的图像特征，实现被测样件1检测区域内部缺陷的快速、可靠检测。
四、检测实例
为了说明该方法的实际检测效果，进行了CFRP样件的层析成像检测实验。CFRP件的层析成像检测实验：制作CFRP模拟分层缺陷试样，缺陷直径分别为12mm、10mm、6mm、4mm，缺陷的深度分别为0.5mm、1mm、2mm；光源调制参数为：功率500W，线性调频信号的初始频率0.01Hz，终止频率0.1Hz，脉冲周期为100s，相位编码采用3位二相编码方式；焦平面红外热像仪的记录参数：采样频率50Hz，采样时间600s。
实际检测结果为：对于径深比大于2的缺陷，采用该方法能够辨别出缺陷的深度与直径。
Claims (6)
1.一种基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述方法步骤如下：
S1、调整卤素灯与被测样件的空间位置，利用BNC数据线将信号发生器的信号输出端口与卤素光源功率放大器的模拟调制信号输入端口相连，由计算机控制函数发生器产生脉内线性调频，脉间二相编码混合信号，驱动卤素光源功率放大器的功率驱动器，使卤素灯的功率按照相位编码脉内线性调频信号规律变化；
S2、利用以太网数据线将计算机与焦平面红外热像仪连接，打开卤素灯的电源，由计算机控制焦平面红外热像仪采集被测样件表面的移相调频热波信号，将采集到的图像数据存储到计算机相应目录下；
S3、提取移相调频热波信号的时频域特征信息并形成特征图像，利用特征图像确定材料内部缺陷特征。
2.根据权利要求1所述的基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述入射光线与被测样件待检区域表面外法线的夹角小于60°。
3.根据权利要求1所述的基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述焦平面红外热像仪采样频率设置为线性调频信号最高频率的5~10倍。
4.根据权利要求1所述的基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述焦平面红外热像仪采集被测样件表面的移相调频热波信号时，记录至少2~3个周期的移相调频热波信号。
5.根据权利要求1、3或4所述的基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述焦平面红外热像仪的像素为320×256，全幅最大采样频率为170Hz。
6.根据权利要求1所述的基于移相调频的光热成像检测方法，其特征在于所述函数发生器输出的调制信号为相位编码脉内线性调频信号。
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