一种浮空器囊体材料热合检测装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明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】
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
【发明内容】
[0006] 本发明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 置及方法，采用锁相激励法探测得到试件的缺陷。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括红外激励光源、功率放大器、信号 发生器、红外热像仪、激光定位器、工控机；
[0008] 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连接，所述 红外激励光源加热待测试件；所述红外热像仪设置于待测试件之上，用于测量特定视场中 的温度场变化，所述红外热像仪连接工控机；所述激光定位器设置于红外热像仪的边缘，用 于定位红外热像仪的视场大小；所述工控机连接激光定位器，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。
[0009] 作为本发明的优选方式之一，所述工控机和红外热像仪通过有线或无线网络连 接。
[0010] 一种浮空器囊体材料热合检测方法，包括以下步骤：
[0011] (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；
[0012] 所述正弦温度变化，表示为：
[0013] T(x，y) =Ae1[tJt4^y)]
[0014] 式中，A为正弦型温度变化的幅值，? (x，y)为相位。
[0015] (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；
[0016] 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：
[0019] 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 ;
[0020] (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。
[0021] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤（1)中，红外热源的工作频段为1~ 1000 mHz〇
[0022] 作为本发明的优选方式之一，所述步骤（3)中，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：
[0023] A(J) (x,y) =d (x,y) - <i>s (x,y)
[0024] 式中，?d(x,y)为位置（x,y)处有缺陷时的相位，?s(x,y)为位置（x,y)处无缺 陷时的相位。
[0025] 本发明相比现有技术具有以下优点：本发明实现对浮空器（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】
[0026] 图1是本发明的结构示意图；
[0027] 图2是本发明的模块框图；
[0028] 图3是试件表面热波信号示意图；
[0029] 图4是实施例1的锁相激励相位图；
[0030] 图5是实施例2的锁相激励相位图；
[0031] 图6是实施例3中待测试件TA在0.IHz正弦调制的热载荷下的相位分布图；
[0032] 图7是实施例3中待测试件TB在0.IHz正弦调制的热载荷下的相位分布图；
[0033] 图8是试件TA中的线段A的相位分布曲线；
[0034] 图9是试件TB中的线段A的相位分布曲线；
[0035] 图10是试件TA中的线段B的相位分布曲线；
[0036] 图11是试件TB中的线段B的相位分布曲线；
[0037] 图12是试件TA的区域划分图；
[0038] 图13是试件TB的区域划分图。
【具体实施方式】
[0039] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明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，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。
[0040] 实施例1
[0041] 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。
[0042] 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；
[0043] 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。
[0044] 一种浮空器囊体材料热合检测方法，包括以下步骤：
[0045] 在建立标准数据库，并选择最佳工作频率IOOmHz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。
[0046] 具体为：
[0047] (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~l〇〇〇mHz，最佳工作频率为lOOmHz。
[0048] 所述正弦温度变化，表示为：
[0049] T(x,y) =Aelfut
[0050] 式中，A为正弦型温度变化的幅值，? (X，y)为相位。
[0051] (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；
[0052] 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。
[0053]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：
[0056] 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 ;
[0057] (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