CN204945069U - 一种浮空器囊体材料热合检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种浮空器囊体材料热合检测装置，包括试件装载台、支架、红外激励光源、红外热像仪、多个激光定位器和对应的用于夹持激光定位器的夹持夹具，所述红外热像仪设置于支架的顶部，红外激励光源设置在支架上，激光定位器设置于红外热像仪的四周，所述红外激励光源和红外热像仪分别设置在试件装载台的顶部。实现对浮空器(主要指系留气球和飞艇)囊体材料的热合效果进行评估，查找其中是否有缺陷并对缺陷大小进行判断以及缺陷位置进行定位；囊体材料的热合过程中若有缺陷存在，通过红外锁相方法，加载特定锁相周期激励，在锁相热激励过程中缺陷部位的振幅和相位将异于常规位置，借助红外热像仪，可以实时检测出异常区域。

Description

一种浮空器囊体材料热合检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种无损检测设备，尤其涉及的是一种浮空器囊体材料热合检测装置。

背景技术

无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、性质、状态及缺陷的类型、性质、数量、形状、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。

无损检测是工业发展必不可少的有效工具，传统的无损检测方法主要有射线检验(RT)、超声检测(UT)、磁粉检测(MT)和液体渗透检测(PT)四种。其他无损检测方法有涡流检测(ECT)、声发射检测(AE)、热像/红外(TIR)、泄漏试验(LT)、交流场测量技术(ACFMT)、漏磁检验(MFL)、远场测试检测方法(RFT)、超声波衍射时差法(TOFD)等。

浮空器囊体的材料一般厚度小于一毫米，由复合纤维组成，多层复合材料进行热合粘贴可能会产生热合缺陷，由于囊体由非金属材料组成，一般的磁粉、涡流检测不适用；并且由于囊体的复合纤维材料很薄，一般的射线、超声、太赫兹无损检测等会直接穿透囊体复合纤维材料，难以有效检测到材料热合粘贴过程中产生的气泡、杂质等缺陷。

针对浮空器囊体材料热合的无损探伤检测装置，目前尚未有相应的检测设备。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种浮空器囊体材料热合检测装置，用于探测试件的缺陷。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括试件装载台、支架、红外激励光源、红外热像仪、多个激光定位器和对应的用于夹持激光定位器的夹持夹具，所述红外热像仪设置于支架的顶部，红外激励光源设置在支架上，激光定位器设置于红外热像仪的四周，所述红外激励光源和红外热像仪分别设置在试件装载台的顶部。

作为本实用新型的优选方式之一，所述激光定位器有四个，分别均匀设置在红外热像仪的四周。

作为本实用新型的优选方式之一，所述试件装载台上设有两个配重块。

作为本实用新型的优选方式之一，所述支架活动设置在试件装载台的顶部。

本实用新型相比现有技术具有以下优点：本实用新型实现对浮空器(主要指系留气球和飞艇)囊体材料的热合效果进行评估，查找其中是否有缺陷并对缺陷大小进行判断以及缺陷位置进行定位；囊体材料的热合过程中若有缺陷存在，通过红外锁相方法，加载特定锁相周期激励，在锁相热激励过程中缺陷部位的振幅和相位将异于常规位置，借助红外热像仪，可以实时检测出异常区域。该装置主要用于实时监测浮空器囊体材料的热合过程和评估热合效果。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的模块框图；

图3是试件表面热波信号示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1所示，本实施例包括试件装载台1、支架2、红外激励光源3、红外热像仪4、四个激光定位器5，四个用于夹持激光定位器5的夹持夹具7，红外热像仪4设置于支架2的顶部，红外激励光源3有两个，分别设置在支架2上，激光定位器5设置于红外热像仪4的四周，所述红外激励光源3和红外热像仪4分别设置在试件装载台1的顶部。试件装载台1上设有两个配重块6。支架2活动设置在试件装载台1的顶部，能够平移实现位置调节。

如图2所示，本实施例包括红外激励光源3、功率放大器、信号发生器、红外热像仪4、激光定位器5、工控机；

所述信号发生器和功率放大器相连，所述功率放大器和红外激励光源3连接，信号发生器和功率放大器用于调制所需要的的特定周期的正弦激励波形，并加载在红外激励光源3中，所述红外激励光源3加热待测试件；所述红外热像仪4设置于待测试件之上，用于测量特定视场中的温度场变化，所述红外热像仪4连接工控机，当加载正弦激励周期，试件中的温度场分布也是随时间正弦波动变化；所述激光定位器5设置于红外热像仪4的边缘，用于定位红外热像仪4的视场大小，同时对于测量得到的缺陷位置，大小进行比对；所述工控机连接激光定位器5，用于接收定位信息；所述工控机分别连接信号发生器和功率放大器。工控机和红外热像仪4通过有线或无线网络连接。

一种浮空器囊体材料热合检测方法，包括以下步骤：

在建立标准数据库，并选择最佳工作频率100mHz后，首先，设置信号发生器输出指定频率的正弦信号，红外热源在此信号的调制下对囊体布进行持续加热，同时，由红外热像仪记录囊体布表面的温度场变化，最后，通过锁相分析，提取相位图，计算相位差，从而识别热合缺陷。

具体为：

(1)红外热源对待测试件持续加热，热流在待测试件内热传导，直至试件的表面出现周期性的正弦温度变化；为了更准确的检测位于某深度的某种类型的缺陷，需要逐一测试不同工作频率下的相位差，并以获得最大相位差时的频率为最佳工作频率。为了检测一定深度的缺陷，红外热源的工作频率一般较低，本实施例的测试最佳工作频率时的红外热源频段为1～1000mHz，最佳工作频率为100mHz。

所述正弦温度变化，表示为：

T(x,y)＝Ae^{i[ωt-φ(x,y)]}

式中，A为正弦型温度变化的幅值，Φ(x,y)为相位。

(2)将实时记录的试件表面的红外热图像，通过得出试件表面温度变化的相位图；

在锁相热成像无损检测中，因缺陷导致的图像对比度变化在相位图中更加清晰，因此，相位图比通常的热图像具有更重要的分析价值。

由红外热像仪连续采集的热图像重建得到温度场A(x,y)，即：

$A(x,y)=\sqrt{{\left(S_1\right(x,y)-S_3(x,y\left)\right)}^2+{\left(S_2\right(x,y)-S_4(x,y\left)\right)}^2}$

$\mathrm{\φ}(x,y)=arctan\frac{S_1(x,y)-S_3(x,y)}{S_2(x,y)-S_4(x,y)}$

式中，Si(i＝1,2,3,4)是由红外热像仪连续采集的4副热图像，采样周期为T/4；

(3)将得到的试件表面温度变化的相位图与预存的试件的标准相位图对比，通过相位差识别出缺陷，缺陷为在相同的测试条件下，有缺陷和无缺陷时的相位差，即：

Δφ(x,y)＝φ_d(x,y)-φ_s(x,y)

式中，Φd(x,y)为位置(x,y)处有缺陷时的相位，Φs(x,y)为位置(x,y)处无缺陷时的相位。

根据传热机理，相位差主要受红外热源的工作频率、缺陷类型和缺陷深度的影响。在一定的工作频率下，只要建立了试件在无缺陷时的标准相位图Φs(x,y)，即可根据相位差，确定待测试件内部缺陷的形状和位置。如果进一步建立了试件缺陷深度与相位差的关系数据库，还可以进一步分析缺陷在试件内部的深度信息。

试件表面温度变化周期与正弦调制信号的周期相同，但幅值和相位与待测试件的传热系数相关。如果待测试件内部存在缺陷，这将改变试件在缺陷处的传热系数，从而使试件表面温度变化的相位与无缺陷时的相位产生差异。因此，只要利用红外热像仪4实时记录试件表面的红外热图像，就可以通过锁相分析方法计算出试件表面温度变化的相位图，然后与待测试件的标准相位图对比，通过相位差即可识别出缺陷，相位差指试件在有缺陷与无缺陷时的相位之差。如果进一步建立了试件缺陷深度与相位差的关系数据库，则可根据相位的差值，分析缺陷在待测试件内部的深度信息。

根据需要测试试件的缺陷深度，宽度，通常锁相频率一般在零点零一赫兹到几十赫兹之间，由于激励加载周期一般较长，故热像仪采集的频率也不需要很快，只需在保证采样精度的前提条件下能精确还原加载响应曲线即可。并且由于提取的是相位信息，对探测目标表面的均匀性要求不高，故与发射率的关系也不是很大，同时对激励源的功率要求也没有脉冲激励的要求高。

根据热波传导理论，对于热源激励下目标，热波频率决定热波在该物体内的传播深度。就理论分析而言，热源的激励频率每减小到原来的1/4，检测深度则将增大一倍。锁相分析中，根据不同的应用场景，需要记录的时间也不一致，但一般都需要等待试件达到稳态后记录数据，采集时间都不会太短，一般在几十秒以上。并且如图3所示，热源照射后产生两个缺陷，其热波信号曲线与脉冲激励类似，缺陷区域在周期性激励下的响应与正常区域的响应不一致，缺陷区域会产生一定相位延迟，其中，缺陷的深度与相位延迟的大小相关，缺陷相关参数最终可以通过标定标准样件进行确定。

本实施例的工控机就是数字图像采集处理显示系统，可以实现实时温度场提取显示，对温度场内选取不同点、多段线、圆、多边形的温度场实时曲线分析，并实时显示以上画出的区域内平均值、最高点、最低点温度及其坐标。设定不同的锁相激励频率，采集红外热像图片进行实时相位提取分析。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种浮空器囊体材料热合检测装置，其特征在于，包括试件装载台、支架、红外激励光源、红外热像仪、多个激光定位器和对应的用于夹持激光定位器的夹持夹具，所述红外热像仪设置于支架的顶部，红外激励光源设置在支架上，激光定位器设置于红外热像仪的四周，所述红外激励光源和红外热像仪分别设置在试件装载台的顶部。

2.根据权利要求1所述的一种浮空器囊体材料热合检测装置，其特征在于，所述激光定位器有四个，分别均匀设置在红外热像仪的四周。

3.根据权利要求1所述的一种浮空器囊体材料热合检测装置，其特征在于，所述试件装载台上设有两个配重块。

4.根据权利要求1所述的一种浮空器囊体材料热合检测装置，其特征在于，所述支架活动设置在试件装载台的顶部。