[发明专利]一种CFRP层板缺陷的红外热波雷达成像无损检测方法

说明书

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CFRP层板缺陷无损检测的方法与系统，尤其涉及了一种红外热波雷达成像无损检测方法与系统。

背景技术

随着材料科学与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。碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer/Plastic，CFRP）是近几十年发展起来的一种新型材料，广泛应用于航空航天、汽车、船舶工业等领域。碳纤维增强复合材料在成型与使用过程中容易产生多种缺陷与损伤，目前CFRP层板缺陷的常规无损检测技术主要有射线检测（RT）、超声检测（UT）和电磁检测（ET）。射线检测（RT）不受材料和几何形状的限制，对气孔、夹渣等体积型缺陷比较敏感，但射线检测的设备投资较大，不易发现与射线垂直方向上的裂纹，安装及安全方面有严格的要求，不适于现场原位检测，检测周期长，检测成本较高。超声波检测（UT）对缺陷比较敏感，检测速度快、定位方便，但对于小而薄的复杂零件难以检测，需要耦合剂进行耦合，形状复杂的结构难以进行检测，检测速度慢，周期长。电磁检测（ET）只用于表面和近表面缺陷检测，对于零件几何形状突变引起的边缘效应敏感，容易给出虚假的显示。这些方法各有所长，也各有其局限性。主动式红外热波无损检测技术具有快速、非接触、无须耦合、大面积及远距离检测等优点，能够实现构件损伤或缺陷深度、各种涂层及夹层结构蒙皮厚度测量和内部材料与结构特性识别，适用于检测金属与非金属材料，不受任何材料特性的限制。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，但采用该技术检测CFRP内部不同深度的缺陷时，需要选择合适调制频率，否则将会出现内部缺陷的漏检。

发明内容

本发明的目的是提供一种红外热波雷达成像无损检测方法与系统，采用线性调频脉冲信号对加热热源进行调制，克服了锁相法热波检测技术的缺陷，能够实现对CFRP内部不同深度缺陷的准确可靠检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种红外热波雷达成像无损检测方法，包括以下步骤：

S1、调整激光光源扩束整形装置与被测样件的空间位置，使激光均匀照射到试样表面，利用BNC数据线将数据采集卡的模拟输出通道端口与激光功率驱动器的模拟调制信号输入端口相连，由计算机控制数据采集卡产生线性调频脉冲信号，驱动激光功率驱动器，使光纤激光器的功率按照线性调频脉冲信号规律变化；

S2、利用以太网数据线将计算机与焦平面红外热像仪连接，利用BNC数据线连接数据采集卡脉冲信号输出端口与焦平面红外热像仪的触发信号输入端口，打开激光器，通过计算机对焦平面红外热像仪运行触发控制，采集被测CFRP试样表面的热波雷达信号，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、对采集的表面热波雷达信号进行处理，提取热波雷达信号的时频域特征信息，利用时频域特征信息建立表征CFRP内部层板缺陷的特征图像，通对特征信息图像的处理与分析，提取样件内部缺陷的特征参数，实现对样件内部缺陷及损伤的快速、准确的无损检测。

更具体地，以上所述的一种CFRP层板缺陷红外热波雷达成像无损检测方法，所述的步骤S1中，激光光源扩束装置通过调整支架调整入射光线与样件待检区域表面外法线的夹角，其最大夹角应小于60°，光纤激光器的调制方式可以设置为外部模拟调制方式或外部TTL调制方式。

更具体地，以上所述的一种CFRP层板缺陷红外热波雷达成像无损检测方法，所述的步骤S2中，通过焦平面红外热像仪的触发控制实现积分时间及采样频率的设置，焦平面红外热像仪的采集触发模式可以设置为外部触发或内部触发，当设置为外部触发模式时，焦平面红外热像仪的图像采集动作将由触发信号输入端口的脉冲信号触发，当设置为内部触发模式时，焦平面红外热像仪的采样帧频将由焦平面红外热像仪的内部采样时钟控制。

更具体地，以上所述的一种CFRP层板缺陷红外热波雷达成像无损检测方法，所述的步骤S3中，采用相关算法（时域信号处理分析的常用算法）、希尔伯特变换算法及傅立叶变换算法提取热波雷达信号的时频域特征信息，利用时频域特征图像，实现对样件内部缺陷及损伤的快速、准确的无损检测。

一种红外热波雷达成像无损检测系统，包括光纤激光器、激光功率驱动器、数据采集卡、激光光源扩束整形装置、焦平面红外热像仪及计算机，其中：