淺談紅外熱成像無損檢測技術(shù)及其應(yīng)用

肖長華

摘 要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展也越來越快，傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)漸漸已經(jīng)不能滿足時(shí)代的需求了，此時(shí)紅外熱成像無損檢測技術(shù)被廣泛的應(yīng)用起來，紅外熱成像無損檢測技術(shù)在現(xiàn)代各種新型企業(yè)和傳統(tǒng)的工業(yè)中發(fā)揮著很大的作用。

關(guān)鍵詞：紅外熱成像；無損檢測技術(shù)；優(yōu)缺點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TN215 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2013）23-0014-03

從現(xiàn)在的新型科技企業(yè)來說，很多企業(yè)的設(shè)備在車間生產(chǎn)線上都安裝和設(shè)置了無損檢測程序，之前也有很多傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)出現(xiàn)，不過這些技術(shù)不管是在管理方面還是在實(shí)踐上都存在一定的缺點(diǎn)，而紅外熱成像無損檢測技術(shù)能較好的改善一些傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)不能達(dá)到的一些檢測效果，如今它在很多領(lǐng)域也得到了應(yīng)用，因?yàn)橛兴鼨z測的便捷、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)逐漸得到人們的認(rèn)可。

1 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的簡介

紅外熱成像無損檢測技術(shù)是利用紅外熱成像原理來工作的。它是由熱成像技術(shù)、紅外標(biāo)定技術(shù)、圖象處理技術(shù)和圖象壓縮與恢復(fù)技術(shù)等多項(xiàng)高技術(shù)的集成。舉個(gè)例子，就石油化工企業(yè)生產(chǎn)程序來說，對這個(gè)生產(chǎn)線所需要的儀器設(shè)備進(jìn)行檢測，首先是啟動(dòng)設(shè)備，之后在設(shè)備工作的時(shí)候就會(huì)散發(fā)出熱量，每個(gè)儀器所散發(fā)出的熱量是不一樣的，在設(shè)備工作的時(shí)候，可以利用紅外熱成像儀器檢測被測儀器的熱量，這些熱量會(huì)發(fā)射出輻射，在自然界中一切物體都會(huì)有電磁波輻射，之后根據(jù)輻射就會(huì)在紅外熱成像儀器上成像，根據(jù)成像的不同可以判斷被測儀器的工作狀態(tài)。

2 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的原理

相位法紅外無損檢測利用調(diào)制激勵(lì)源在被測物體內(nèi)部產(chǎn)生周期熱波，由于物體內(nèi)部缺陷產(chǎn)生的反射受到入射波的干擾而在物體表面形成一個(gè)可被紅外熱像儀記錄的波形，用紅外熱像儀采集多幅熱圖像，經(jīng)過圖像序列信號(hào)重構(gòu)，得到被測物體表面溫度變化信號(hào)，提取被測物體表面各點(diǎn)溫度變化的相位圖和幅值圖，據(jù)此判定缺陷的存在和特征。圖1給出了采用紅外相位法技術(shù)進(jìn)行無損檢測的原理。

2.1 紅外無損檢測系統(tǒng)的組成

如圖2所示，一個(gè)典型的紅外無損檢測系統(tǒng)由以下幾部分組成：熱激勵(lì)系統(tǒng)、紅外熱成像系統(tǒng)、紅外圖像采集、處理和分析系統(tǒng)。

2.2 激勵(lì)系統(tǒng)

主動(dòng)式紅外無損檢測系統(tǒng)必須要有一個(gè)熱激勵(lì)系統(tǒng)，用以造成被測材料內(nèi)部穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)不均勻溫度場，使被測材料內(nèi)部缺陷顯示出來。光源激勵(lì)系統(tǒng)主要包括三部分，一是函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；二是功率放大器；三是鹵素光源。

2.3 紅外圖像采集系統(tǒng)

紅外圖像采集系統(tǒng)主要指紅外熱像儀，它負(fù)責(zé)把物體自身的紅外輻射變成人眼可識(shí)別的可見圖像，即把物體表面的溫度分布轉(zhuǎn)換成圖像，以直觀、形象的熱圖像顯示出來。由于熱像儀所獲得的是物體表面二維溫度場信息，因此普遍應(yīng)用于紅外無損檢測。

2.4 分析處理軟件系統(tǒng)

法國CEDIP軟件處理系統(tǒng)包括ALTAIRLI處理軟件和ALTAIR圖像處理軟件。ALTAIRLI軟件具有快速采集和處理信號(hào)功能，ALTAIR具有圖像增強(qiáng)、數(shù)據(jù)分析等功能。為實(shí)現(xiàn)對法國CEDIP公司ALTAIR紅外無損檢測系統(tǒng)采集的紅外圖像序列進(jìn)行處理與開發(fā)，自行設(shè)計(jì)了后處理軟件系統(tǒng)，功能框圖如圖3所示，通過讀取CEDIPMWIRJADE550紅外熱像儀采集的圖像序列，進(jìn)行提取表面熱波信號(hào)相位等信息，并可進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)。

自行開發(fā)的紅外圖像序列處理軟件，同樣用于國產(chǎn)紅外無損檢測系統(tǒng)采集的紅外圖像序列的處理，用以實(shí)現(xiàn)缺陷的識(shí)別。

3 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)

紅外熱成像無損檢測技術(shù)是一門先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，與其它傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，它在很多方面都有優(yōu)點(diǎn)，但是什么東西都有兩面性，紅外熱成像無損檢測技術(shù)也有一些不如意的地方，下面就這兩方面來簡單的探討一下。

3.1 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

目前紅外熱成像的應(yīng)用還算不上是廣泛，這是因?yàn)榧t外熱成像儀器還沒有普及到一般的中小企業(yè)的工業(yè)生產(chǎn)程序中，還有就是可能一些工廠的生產(chǎn)線上還沒有設(shè)置檢測這項(xiàng)程序，不過除了這些方面之外，在其它一些大型的工廠企業(yè)中，紅外熱成像無損檢測技術(shù)還是因?yàn)槠鋬?yōu)點(diǎn)慢慢的得到了很好的應(yīng)用。其優(yōu)點(diǎn)而言主要有以下幾點(diǎn)：

第一，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的安全性高。紅外熱成像無損檢測技術(shù)是利用紅外熱成像的原理根據(jù)熱量的散發(fā)檢測紅外程度，這種方法與其它技術(shù)相比更為安全可靠，檢測的時(shí)候也不需要經(jīng)過工作人員接觸性的工作，就像在石油化工企業(yè)對一些設(shè)備進(jìn)行無損檢測時(shí)，利用其他傳統(tǒng)的方法，需要工作人員對設(shè)備的操作流程十分的清楚，此外，石油化工的一些設(shè)備都是高風(fēng)險(xiǎn)性的，如果在處理的時(shí)候，工作人員一不小心弄錯(cuò)了一步，那么就可能會(huì)產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果，與此相反，紅外熱成像無損檢測只需要啟動(dòng)設(shè)備，之后根據(jù)工作時(shí)的熱量差直接判斷設(shè)備的正常與否。

第二，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的靈敏度高。因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)不是經(jīng)過人為的檢測，與之前一些需要人為操作的檢測方法相比，紅外熱成像無損檢測技術(shù)完全是由機(jī)器操控，通過儀器內(nèi)部零件的控制，分析設(shè)備工作時(shí)的散熱量檢測設(shè)備，這樣會(huì)避免很多差錯(cuò)。

第三，紅外熱成像無損檢測技術(shù)的診斷效率高。紅外熱成像檢測技術(shù)完全是由紅外熱檢測儀器內(nèi)部自動(dòng)檢測自發(fā)進(jìn)行的，由需檢測的設(shè)備在工作中散發(fā)的熱量經(jīng)過紅外熱檢測儀器，這個(gè)過程需要的時(shí)間只有幾秒鐘而已，這樣大大的提高了診斷效率，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，不僅步驟復(fù)雜繁瑣，如需要進(jìn)行一次檢測，除了要經(jīng)過工作人員的準(zhǔn)備之外，需要的檢測儀器設(shè)備也比較多，當(dāng)然時(shí)間相應(yīng)的也就多了，而且，并不是每一次的檢測都會(huì)成功，有時(shí)只要其中一個(gè)步驟出錯(cuò)了，可能這次的整個(gè)檢測就前功盡棄了，所以紅外熱成像無損檢測技術(shù)的診斷效率與其他一些傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，診斷效率高多了。

3.2 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的缺點(diǎn)

紅外熱成像無損檢測技術(shù)就缺點(diǎn)方面而言主要有兩點(diǎn)：

第一是這項(xiàng)技術(shù)只能檢測儀器表面的熱量，雖然紅外熱成像技術(shù)是通過檢測熱量差來檢測儀器的好壞，但是很多儀器工作的時(shí)候，背部散發(fā)出的熱量和儀器表面的溫度是不一樣的，如果單純的通過檢測儀器表面的溫度來斷定一個(gè)儀器工作狀態(tài)的正常與否，這樣造成的差錯(cuò)可能會(huì)對整個(gè)工作程序造成重大的傷害。

第二是紅外熱成像技術(shù)需要的設(shè)備是高科技的設(shè)備，而且這種設(shè)備的更新速度與其他的檢測儀器來比相對來說也比較快，所以這種設(shè)備的價(jià)格也是非常昂貴的，如果就規(guī)模一般的工業(yè)投資來說，這樣的投資對企業(yè)自身是不合算的。

4 紅外熱成像無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)代石油化工企業(yè)已經(jīng)逐漸進(jìn)入到了一個(gè)高科技的生產(chǎn)模式中，很多時(shí)候石油生產(chǎn)都是自動(dòng)化的流水工作流程，所以在進(jìn)行石油生產(chǎn)之前對儀器設(shè)備進(jìn)行檢測過關(guān)是十分有必要的，而且在石化企業(yè)工作也是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)的工作，面對易燃易爆的石油制品，儀器是不能出一點(diǎn)差錯(cuò)的，而紅外熱成像無損檢測技術(shù)在石化工業(yè)生產(chǎn)中作出了貢獻(xiàn)。

在石化工業(yè)生產(chǎn)時(shí)中，設(shè)備在運(yùn)行工作時(shí)無時(shí)不刻伴著溫度的變化而改變的，其中高溫設(shè)備也不少，而紅外熱成像檢測可以根據(jù)檢測高溫設(shè)備內(nèi)襯的溫度來檢測設(shè)備，這樣可以避免儀器在工作中出現(xiàn)故障而出現(xiàn)停工現(xiàn)象，石化工業(yè)設(shè)備在生產(chǎn)工作的過程中，儀器工作狀態(tài)不一樣，其內(nèi)襯溫度也不一樣，這樣的檢測方法不會(huì)出現(xiàn)較大的差錯(cuò)。另外，管道保溫層的檢測在石化工業(yè)中也是很重要的一部分，因?yàn)槭椭饕倪\(yùn)輸方式是管道運(yùn)輸，所以對管道保溫層進(jìn)行檢測也是一道重要的工序，如果管道中的溫度較低的話，在石油運(yùn)輸過程中可能就會(huì)出現(xiàn)石油凝固的現(xiàn)象，如果管道中的溫度較高的話，就會(huì)出現(xiàn)石油爆燃的危險(xiǎn)現(xiàn)象，這樣對石化企業(yè)來說可能不是損失一部分成本那么簡單，所以控制管道保溫層的溫度是保障石油安全的被運(yùn)輸，才能保障石化企業(yè)生產(chǎn)工作的正常進(jìn)行。紅外熱成像無損檢測技術(shù)能正確的檢測管道保溫層的溫度，使得企業(yè)生產(chǎn)程序正常進(jìn)行。當(dāng)然了，還不止這些方面的應(yīng)用，像對工業(yè)鍋爐和高溫管道耐火材料侵蝕和剝落情況的監(jiān)測，對高溫爐管以及其使用壽命的檢測，預(yù)防燒穿事故的發(fā)生，對鍋爐及加熱爐爐壁和保溫容器壁的監(jiān)測，尋找熱能泄露點(diǎn)的發(fā)生等等，紅外熱成像無損檢測技術(shù)在這些方面都可以得到很好的發(fā)揮作用，預(yù)防企業(yè)惡性事故的發(fā)生，減少企業(yè)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

紅外熱成像無損檢測技術(shù)在很多方面都能得到應(yīng)用，就像其他的一些電力系統(tǒng)中的應(yīng)用，它利用檢測電力設(shè)備的一些裸露的導(dǎo)流體與接線之間的溫度來判斷電力系統(tǒng)中的電力設(shè)備是否完好，預(yù)防停電和火災(zāi)等惡性事故的發(fā)生。此外在其他一些航空領(lǐng)域、還有建筑設(shè)備上都可以得到很好的運(yùn)用，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，可以將紅外熱成像無損檢測技術(shù)發(fā)展的更好。

5 結(jié) 語

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，近幾年來，中國的紅外成像技術(shù)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展，與西方的差距正在逐步縮小，有些設(shè)備的先進(jìn)性可與西方同步或領(lǐng)先，在國防很多方面都可以體現(xiàn)出來了。紅外熱成像技術(shù)也是依賴在科技發(fā)展的基礎(chǔ)上才得以發(fā)展的，不管是缺點(diǎn)還是優(yōu)點(diǎn)都是它的特點(diǎn)，缺點(diǎn)可以在實(shí)踐中慢慢的得到改善，優(yōu)點(diǎn)可以在科技的進(jìn)步中得到更大的發(fā)揚(yáng)，甚至是可以得到更好的改進(jìn)，而且這項(xiàng)技術(shù)在無損檢測中有著巨大的潛力和優(yōu)優(yōu)勢。隨著社會(huì)市場的發(fā)展，紅外熱成像儀行業(yè)發(fā)展前景也是非常廣闊的新興高科技產(chǎn)業(yè)，也是紅外應(yīng)用產(chǎn)品中市場份額最大的一塊。像紅外攝像機(jī)、紅外通訊、紅外光譜儀、紅外傳感器等等這些技術(shù)已經(jīng)得到市場廣泛的應(yīng)用，紅外熱成像技術(shù)在以后的發(fā)展中會(huì)更加成熟和成功。

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