CN105738414A - 基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置及方法 - Google Patents
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Abstract
基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置及方法，属于航空航天、微电子、核电等领域，本发明为克服目前红外热成像检测造价高昂与技术的不足。本发明方案：测试样件置于三维移动台上，四只卤素灯管同时照射测试样件，非制冷型红外相机对测试样件进行实时图像数据采集；非制冷型红外相机的显示信号输出端与实时显示器的显示信号输入端相连接；非制冷型红外相机的数据信号输出端与计算机的数据信号输入端相连接，计算机的控制信号输出端与小型函数发生器的控制信号输入端相连接，小型函数发生器输出信号端与非制冷型红外相机的采集控制端相连，小型函数发生器输出信号端与功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端与四只卤素灯管相连。
Description
技术领域
本发明适用于航空航天、微电子、核电等领域的复合材料缺陷检测与定量评价。
背景技术
由于复合材料优异的力学性能与热学性能，使其在国防科技工业领域得到广泛的应用，但由于复合材料在制备过程中工艺复杂，容易造成多种缺陷（如脱粘、纤维断裂及局部裂缝等），进而对国防工业产品安全稳定性造成严重隐患。在无损检测领域，红外热波成像检测特别适用于复合材料检测，同时具有非接触、无损伤、直观、探测面积大及效率高等优势，因此，红外热波成像检测方法在国防科技工业及民用工业产品检测领域具有广泛的应用前景。
红外相机是红外热波成像检测系统核心部件，由于红外相机对热辐射探测灵敏度与探测器所处温度有关，所以又分为制冷型红外相机和非制冷型红外相机。制冷型相机由于其造价昂贵，长期以来一直较多的适用于科研研究，而非制冷型相机由于造价低廉且易于携带，主要用于工业设备及产品的被动式在线检测，但探测结果分辨率低。
发明内容
本发明目的是克服目前红外热成像检测造价高昂与技术的不足，提供了一种基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置及方法。
本发明所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，它包括非制冷型红外相机、实时显示器、计算机、小型函数发生器、功率放大器、四只卤素灯管和三维移动台；
测试样件置于三维移动台上，四只卤素灯管同时照射测试样件，非制冷型红外相机对测试样件进行实时图像数据采集；
非制冷型红外相机的显示信号输出端通过AV视频输出线与实时显示器的显示信号输入端相连接；
非制冷型红外相机的数据信号输出端通过USB3.0图像采集信号线与计算机的数据信号输入端相连接，计算机的控制信号输出端通过USB2.0信号控制线与小型函数发生器的控制信号输入端相连接，小型函数发生器输出信号端通过BNC触发信号线与非制冷型红外相机的采集控制端相连，小型函数发生器输出信号端通过BNC触发信号线与功率放大器的输入端相连接，功率放大器的输出端通过电源线与四只卤素灯管相连。
基于所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置来实现的，该方法包括以下步骤
步骤1、确定要测量的材料，将测试样件放置到三维移动台上；
步骤2、首先开启基于非制冷型红外相机的热波成像检测系统，此步骤包括计算机、非制冷型红外相机、实时显示器及小型函数发生器设备的开启；
步骤3、检查小型函数发生器输出模拟信号电压值是否处于0~10V之间，若电压值超限，则通过计算机控制小型函数发生器，将其电压值控制在0~10V之间；
步骤4、通过观察实时显示器判断非制冷型红外相机对焦是否合理，通过调节三维移动台使图像成像清晰；
步骤5、计算机输出的脉冲/调制控制信号通过小型函数发生器输出，使其控制四只卤素灯管的光强按调制规律变化，同时此控制信号通过BNC触发信号线控制非制冷型红外相机进行实时图像数据采集；
步骤6、计算机通过USB3.0图像采集信号线对非制冷型红外相机采集的图像序列进行记录，并通过计算机控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行缺陷识别与判定。
本发明的优点：
（1）本发明采用基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，可以实现材料完全无损伤、非接触、高效检测，同时不受检测材料尺寸限制；
（2）本发明采用基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置采用的为国产非制冷型红外相机，进而压缩了产品成本；
（3）本发明为主动式红外无损检测技术，所以相较于被动式红外无损检测具有成像分辨率高的优势。
附图说明
图1是本发明所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置的结构示意图；
图2是相机采集第100帧热像图；
图3是最终检测缺陷结果示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，它包括非制冷型红外相机1、实时显示器2、计算机3、小型函数发生器4、功率放大器5、四只卤素灯管6和三维移动台8；
测试样件7置于三维移动台8上，四只卤素灯管6同时照射测试样件7，非制冷型红外相机1对测试样件7进行实时图像数据采集；
非制冷型红外相机1的显示信号输出端通过AV视频输出线与实时显示器2的显示信号输入端相连接；
非制冷型红外相机1的数据信号输出端通过USB3.0图像采集信号线与计算机3的数据信号输入端相连接，计算机3的控制信号输出端通过USB2.0信号控制线与小型函数发生器4的控制信号输入端相连接，小型函数发生器4输出信号端通过BNC触发信号线与非制冷型红外相机1的采集控制端相连，小型函数发生器4输出信号端通过BNC触发信号线与功率放大器5的输入端相连接，功率放大器5的输出端通过电源线与四只卤素灯管6相连。
卤素灯管6选择功率为1000W的灯管。
非制冷型红外相机1选择像素为640×480，响应波长为8~12μm的红外机机。
本实施方式中，测试样件7的测试材料针对表面反光度低的复合材料；
本实施方式中，卤素灯管6的功率选择根据材料材质与其结构参数而定；
本实施方式中，脉冲占空比及调制频率根据材料材质及尺寸厚度而定。
具体实施方式二：本实施方式所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测方法，该方法是基于实施方式一所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置来实现的，该方法包括以下步骤
步骤1、确定要测量的材料，将测试样件7放置到三维移动台8上；
步骤2、首先开启基于非制冷型红外相机的热波成像检测系统，此步骤包括计算机3、非制冷型红外相机1、实时显示器2及小型函数发生器4设备的开启；
步骤3、检查小型函数发生器4输出模拟信号电压值是否处于0~10V之间，若电压值超限，则通过计算机3控制小型函数发生器4，将其电压值控制在0~10V之间；
步骤4、通过观察实时显示器2判断非制冷型红外相机1对焦是否合理，通过调节三维移动台8使图像成像清晰；
步骤5、计算机3输出的脉冲/调制控制信号通过小型函数发生器4输出，使其控制四只卤素灯管6的光强按调制规律变化，同时此控制信号通过BNC触发信号线控制非制冷型红外相机1进行实时图像数据采集；
步骤6、计算机3通过USB3.0图像采集信号线对非制冷型红外相机1采集的图像序列进行记录，并通过计算机3控制软件进行图像数据处理与信号提取，进而进行缺陷识别与判定。
本实施方式检测方法是基于光热辐射测量（Photothermalradiometry,PTR）原理，采用计算机3控制函数发生器4产生调制信号，信号通过功率放大器5控制卤素灯管6功率使其光强按调制规律变化，调制变化的光照射到样件后由于存在光热效应，测试样件7出现温度涨落与红外辐射，光热辐射信号与测试样件7光热特性参数与结构相关，信号被非制冷型红外相机1接收，进而通过信号处理算法提取样件光热特性达到对样件缺陷的判定。
给出一个具体实施例，测试样件7选择厚度为4mm、尺寸为10cm×10cm的CFRP材料（试件预制有缺陷）。每次进行测试前需预热5分钟。试件检测结果如图2和图3所示。
Claims (4)
1.基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，其特征在于，它包括非制冷型红外相机（1）、实时显示器（2）、计算机（3）、小型函数发生器（4）、功率放大器（5）、四只卤素灯管（6）和三维移动台（8）；
测试样件（7）置于三维移动台（8）上，四只卤素灯管（6）同时照射测试样件（7），非制冷型红外相机（1）对测试样件（7）进行实时图像数据采集；
非制冷型红外相机（1）的显示信号输出端通过AV视频输出线与实时显示器（2）的显示信号输入端相连接；
非制冷型红外相机（1）的数据信号输出端通过USB3.0图像采集信号线与计算机（3）的数据信号输入端相连接，计算机（3）的控制信号输出端通过USB2.0信号控制线与小型函数发生器（4）的控制信号输入端相连接，小型函数发生器（4）输出信号端通过BNC触发信号线与非制冷型红外相机（1）的采集控制端相连，小型函数发生器（4）输出信号端通过BNC触发信号线与功率放大器（5）的输入端相连接，功率放大器（5）的输出端通过电源线与四只卤素灯管（6）相连。
2.根据权利要求1所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，其特征在于，卤素灯管（6）选择功率为1000W的灯管。
3.根据权利要求1所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置，其特征在于，非制冷型红外相机（1）选择像素为640×480，响应波长为8~12μm的红外机机。
4.基于非制冷型红外相机的热波成像检测方法，该方法是基于权利要求1所述基于非制冷型红外相机的热波成像检测装置来实现的，其特征在于，该方法包括以下步骤
步骤1、确定要测量的材料，将测试样件（7）放置到三维移动台（8）上；
步骤2、首先开启基于非制冷型红外相机的热波成像检测系统，此步骤包括计算机（3）、非制冷型红外相机（1）、实时显示器（2）及小型函数发生器（4）设备的开启；
步骤3、检查小型函数发生器（4）输出模拟信号电压值是否处于0~10V之间，若电压值超限，则通过计算机（3）控制小型函数发生器（4），将其电压值控制在0~10V之间；
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106442624A (zh) * | 2016-09-13 | 2017-02-22 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于时‑空调制方式的红外热波成像系统与检测方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2005190672A (ja) * | 2003-12-24 | 2005-07-14 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電極検査方法および電極検査装置 |
| CN103926253A (zh) * | 2014-04-22 | 2014-07-16 | 哈尔滨工业大学 | 线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法与系统 |
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2016
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