CN106501315A - Gfrp裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测方法与系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测方法与系统,所述缩短相关热层析成像检测系统包括红外热像仪、以太网线、计算机、USB数据线、BNC触发信号线、数据采集卡、BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器、光纤、准直镜,其中:红外热像仪通过以太网线与计算机相连接,计算机通过USB数据线与数据采集卡相连接,数据采集卡通过BNC触发信号线与红外热像仪相连接,数据采集卡通过BNC数据线与激光器电源相连接,激光器电源通过激光器电源线与激光器相连,激光器通过光纤与准直镜相连接。本发明采用基于缩短相关热层析成像检测系统可以实现GFRP材料裂纹缺陷实现完全无损伤、非接触、高效检测,同时不受检测材料尺寸限制。
Description
技术领域
本发明涉及一种缩短相关热层析成像检测方法与系统,适用于航空航天、微电子、核电等领域的玻璃纤维增强复合材料(Glass fiber reinforced plastic,GFRP)裂纹缺陷检测与定量评价。
背景技术
玻璃纤维和高性能树脂基体复合而成的玻璃纤维增强树脂基复合材料是目前发展最成熟、应用最广泛的结构复合材料之一。GFRP具有良好的电绝缘性能和粘结性能,较高的机械强度和耐热性,可塑性极强等优良性能。GFRP材料在航空航天、船舶、石油化工、汽车、风力发电及军事工业等领域已得到了广泛应用。但GFRP在制造使用过程中,易产生微裂纹缺陷,严重影响材料的使用性能,因此对于GFRP材料的裂纹缺陷的无损检测是十分必要的。
发明内容
本发明的目的在于克服目前GFRP表面裂纹难于检测的难题,提供一种新的热波成像检测方法与系统,即:GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测方法与系统。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测系统,包括红外热像仪、以太网线、计算机、USB数据线、BNC触发信号线、数据采集卡(具有任意函数发生功能)、BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器、光纤、准直镜,其中:红外热像仪通过以太网线与计算机相连接,计算机通过USB数据线与数据采集卡相连接,数据采集卡通过BNC触发信号线与红外热像仪相连接,数据采集卡通过BNC数据线与激光器电源相连接,激光器电源通过激光器电源线与激光器相连,激光器通过光纤与准直镜相连接。
一种利用上述缩短相关热层析成像检测系统对GFRP裂纹缺陷进行检测的方法,具体实施步骤如下:
步骤(1):确定要测量的GFRP材料,将GFRP检测试件放置到三维移动台上;
步骤(2):开启缩短相关热层析成像检测系统,此步骤包括计算机、数据采集卡、激光器电源及红外热像仪等设备的开启;
步骤(3):对红外热像仪进行非均匀性较正,进而通过计算机控制软件辅助调整红外热像仪成像检测视野,通过调节三维移动台使图像成像清晰;
步骤(4):计算机通过数据采集卡控制激光器出射激光,调整激光器准直镜,使激光均匀地照射到检测试件表面;
步骤(5):计算机控制软件信号通过数据采集卡产生线性调频-脉冲信号,线性调频-脉冲信号输入到激光器电源进而控制激光器光强按调制规律变化,同时此控制软件信号通过BNC触发信号线控制红外热像仪进行实时图像数据采集;
步骤(6):计算机通过以太网线对红外热像仪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。
本发明中,所述激光器为808nm激光器。
本发明中,所述激光器功率选择依据材料缺陷信息而定。
本发明的缩短相关热层析成像检测方法基于光热辐射测量(Photothermalradiometry,PTR)原理,采用计算机控制数据采集模块产生线性调频-脉冲信号(Linearfrequency modulated-pulse, LFM-P),其中LFM-P信号为线性调频信号与脉冲信号做卷积形成的信号,此种信号既保持了线性调频信号具有的大时宽-带宽积优势,同时又具有脉冲信号短时平稳信号能量注入的优点,因此此种信号激励方式可以较好地抑制热波直流项,进而增强缺陷检测的信噪比。LFM-P信号输入到激光器电源进而控制激光器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,样件出现温度涨落与红外辐射,光热辐射信号与样件光热特性参数与结构相关,信号被红外热像仪接收,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。本方法中所采用的信号处理方法为互相关匹配滤波技术。在进行特征提取运算过程中,对激励信号进行窄脉宽处理后的信号作为参考信号。脉宽变窄可以提高热信号轴线方向能量定位,进而提高GFRP表层及浅表层缺陷检出信噪比。其中各信号波形及数据处理算法如图1所示。
本发明具有如下优点:
(1)本发明采用基于缩短相关热层析成像检测系统可以实现GFRP材料裂纹缺陷实现完全无损伤、非接触、高效检测,同时不受检测材料尺寸限制;
(2)本发明采用具有较大时宽-带宽积信号作为激励信号极大地提高了表层及浅表层的裂纹缺陷检测信噪比。
附图说明
图1为各信号波形及数据处理算法,(a)激励信号及参考信号波形,(b)特征提取算法;
图2为本发明所涉及的缩短相关热层析成像检测系统结构示意图;
图3为GFRP表层裂纹检测结果,(a)试件表面预制裂纹,(b)检测结果。
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2所示,本发明提供的缩短相关热层析成像检测系统由GFRP检测试件1、垂直升降台2、红外热像仪(FLIR SC7000,像素:320×256,响应波长:3.6~5.1μm)3、以太网线4、计算机5、USB数据线6、数据采集卡(NI-6229)7、BNC数据线8、BNC触发信号线9、激光器电源10、激光器电源线11、808nm激光器(峰值功率50W)12、光纤13、准直镜14、三维移动台15构成,所述GFRP检测试件1以厚度为10mm、尺寸为10cm×6.5cm的GFRP材料(试件表面预制4条裂纹,如图3(a)所示,其中裂纹尺寸小于0.25mm。
红外热像仪3通过以太网线4与计算机5相连接,计算机5通过USB数据线6与数据采集卡7相连接,数据采集卡7通过BNC触发信号线9与红外热像仪3相连接,数据采集卡7通过BNC数据线8与激光器电源10相连接,激光器电源10通过激光器电源线11与808nm激光器12相连,808nm激光器12通过光纤13与准直镜14相连接,GFRP检测试件1放置在三维移动台15上,红外热像仪3放置于垂直升降台2上。
具体检测步骤如下:
步骤(1):确定要测量的GFRP材料,将GFRP检测试件1放置到三维移动台15上。
步骤(2):开启缩短相关热层析成像检测系统,此步骤包括计算机5、数据采集卡7、激光器电源10及红外热像仪3等设备的开启。
步骤(3):对红外热像仪3进行非均匀性较正,进而通过计算机5控制软件辅助调整红外热像仪3成像检测视野,通过调节三维移动台15使图像成像清晰。
步骤(4):计算机5控制数据采集卡7进而控制激光器11出射激光,调整准直镜14,使激光均匀地照射到检测试件1表面。
步骤(5):计算机5控制软件信号通过数据采集卡7产生线性调频-脉冲信号,线性调频-脉冲信号输入到激光器电源10进而控制激光器12光强按调制规律变化,同时此控制软件信号通过BNC触发信号线9控制红外热像仪3进行实时图像数据采集。
步骤(6):计算机5通过以太网线4对红外热像仪3采集的图像序列进行记录,并通过计算机5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;至此,完成了对GFRP检测试件1的热波成像检测。
GFRP检测试件1的检测结果如图3(b)所示。
Claims (4)
1.一种GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测系统,其特征在于所述缩短相关热层析成像检测系统包括红外热像仪、以太网线、计算机、USB数据线、BNC触发信号线、数据采集卡、BNC数据线、激光器电源、激光器电源线、激光器、光纤、准直镜,其中:红外热像仪通过以太网线与计算机相连接,计算机通过USB数据线与数据采集卡相连接,数据采集卡通过BNC触发信号线与红外热像仪相连接,数据采集卡通过BNC数据线与激光器电源相连接,激光器电源通过激光器电源线与激光器相连,激光器通过光纤与准直镜相连接。
2.根据权利要求1所述的GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测系统,其特征在于所述激光器为808nm激光器。
3.根据权利要求1所述的GFRP裂纹缺陷的缩短相关热层析成像检测系统,其特征在于所述红外热像仪的像素为320×256,响应波长为3.6~5.1μm。
4.一种利用权利要求1-3任一权利要求所述缩短相关热层析成像检测系统对GFRP裂纹缺陷进行检测的方法,其特征在于所述方法具体实施步骤如下:
步骤(1):确定要测量的GFRP材料,将GFRP检测试件放置到三维移动台上;
步骤(2):开启缩短相关热层析成像检测系统;
步骤(3):对红外热像仪进行非均匀性较正,进而通过计算机控制软件辅助调整红外热像仪成像检测视野,通过调节三维移动台使图像成像清晰;
步骤(4):计算机通过数据采集卡控制激光器出射激光,调整激光器准直镜,使激光均匀地照射到检测试件表面;
步骤(5):计算机控制软件信号通过数据采集卡产生线性调频-脉冲信号,线性调频-脉冲信号输入到激光器电源进而控制激光器光强按调制规律变化,同时此控制软件信号通过BNC触发信号线控制红外热像仪进行实时图像数据采集;
步骤(6):计算机通过以太网线对红外热像仪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。
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