调制法热波检测技术在复合材料构件无损检测中的应用

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1、：乡论坛F。RuM调制法热波检测技术在复合材料构件无损检测中的应用ApplicationofModulationThermalWaveTechnologyinNon-DestructiveTestingofCompositeParts中航工业飞机强度研究所詹绍正宁宁陈霞调制法热波检测技术采用某一频率的周期性调制信号对被测对象施加照射，红外热像仪检测物体表面返回的热波并获取红外热像图，通过热像图中物体表面热波相位和振幅的改变来判断被测对象的内部情况。复合材料作为新一代的航空材降低，若不能及时地检出损伤并对复料，具有重量轻，比强度、比刚度高，材构件进行剔除或修补，将会导致飞抗疲

2、劳陛能好，材料可设计性强等优机结构存在重大事故隐患。为此，在点。目前已成为与铝合金、钢、钛合复合材料结构使用前以及使用过程金并驾齐驱的四大飞机结构材料之中对其进行无损检测是极为重要的。詹绍正一，其应用水平已经成为衡量飞机先复合材料结构中的缺陷或损伤能够霎舞躺纛蒸篝蓄篙算蒸盛戮鍪嚣鬈群是保证航端安面强度验证试验过程中的无损检测工量飞速提升，复合材料己成为目前许针对复合材料结构的检测，国内作，现主要从事飞机复合材料结构原位多飞机的主要结构材料。外开展了一系列检测手段的研究工量妻检测技术研究及相关检测设备研制复合材料的大规模应用为航空作，比如：超声检测、X射线检测、敲。器的减重和

3、延寿带来了好处。同时，击检测、激光剪切检测、红外热成像因为复合材料结构极易产生缺陷或检测等。复合材料结构由于具有导损伤，这些缺陷或损伤在表面不可见热性低、产生的瞬变时间长、对激励或勉强可见，而内部的损伤面积却比能量吸收好及有较好红外辐射的优较大，将会导致构件的承载能力大大点，非常适合红外热像检测技术。红TesImgknno呦，forc。m。o引。。复合材料检测技术外热成像无损检测技术由于其快速高效、非接触、无污染等优点，近年来得到了广泛的关注。红外热成像检测技术按激励方式不同可分为脉冲法和调制法，调制法出现在上世纪90年代，它与脉冲法相比较具有抗干扰能力强、受不均加热和被测

4、对象表面热辐射率变化影响小的优点，成为近年来结构红外检测技术研究的热点。本文针对光锁相热波检测技术(OLT)在复合材料结构损伤检测中的应用展开实验研究。调制法热波检测原理调制法热波检测技术采用某一频率的周期性调制信号对被测对象施加照射，红外热像仪检测物体表面返回的热波并获取红外热像图，通过热像图中物体表面热波相位和振幅的改变来判断被测对象的内部情况。使用强度按周期规律变化的热源对被测物体进行持续激励，热流加载到构件表面，通过热传导对整个构件加热，同时采集特定时刻的多幅热图像；当被测物体中存在缺陷时，由于缺陷区域与无缺陷区域的热物理性质不同，构件中局部的缺陷会对热流传导产生影

5、响，使得热量非均匀传播，此处热波将会发生散射和反射等，反射的热波与原有波相干涉从而造成被测物有缺陷区域与无缺陷区域对应的表面温度的幅值和相位不同。利用红外热像仪记录表面温度变化，运用四点运算、信号重构、傅立叶变换等方法对采集的热图序列进行处理，提取相位和幅值，根据缺陷处与无缺陷处表面温度的相位与幅值的差异即可判定结构内部的损伤情况。光源激励注入构件的热流如按正弦规律变化，其热流密度，(f)=P／2(1～cos(2霄．厶f))：当构件可视为半无限体，则热流的传播可以用一维傅立叶热传导模型描述如式(1)。pc警=ka出T，(1)pc丽2出，‘)其中，r为温度，P、c、k分别为构

6、件材料的密度、比热和导热系数，x为热波的传播深度。方程(1)的解析解可以表示为：烈‘‘军一exp(-孟-cos(2，rf．t)’，(2)平一’¨7其中，p2√瓦象为热扩散长度，工为调制信号的频率(调制频率)。由热扩散长度∥的表达式可以看出，调制频率越低，可检测的深度越深，但检测周期越长。因此为了获得良好的检测效果，必须选取合适的调制频率。试验研究1试验设备试验所采用的红外热成像检测系统为法国CEDIP公司(现美国FLIR公司)的非接触式材料无损检测工作站。主要由热像仪、激励装置(包括函数发生器和调制热源)、计算机及控制和采集系统组成，见图1。热像仪型号为Silver420M

7、型(内含锁相模块)，其波长范围为3斗m一5斗m，温度分辨率为25inK(软件处理后可达到lmK)；函数发生器可产生正弦波、方波、三角波激励信号；调制热源为2个1000W的卤素红外灯，控制和数据采集软件为ALTAIR—LI软件，数据分析软件为ALTAIR软件。2调制频率的确定方法调制法热波检测技术中，调制频率是一个非常重要的参数，频率不同，热波的穿透能力不同，决定着可探测缺陷的深度和结构表面正常区域与缺陷区域形成温度场的差值不同，表现在热像图上为图像的对比度不同；因此，检测前需先确定调制频率。调制频率的确定可以通过分