一種浮空器囊體材料熱合檢測裝置及方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無損檢測設備，尤其涉及的是一種浮空器囊體材料熱合檢測裝 置。
【背景技術】
[0002] 無損檢測是在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下，利用材料內部結構 異?；蛉毕荽嬖谝鸬臒帷⒙?、光、電、磁等反應的變化，以物理或化學方法為手段，借助現(xiàn) 代化的技術和設備器材，對試件內部及表面的結構、性質、狀態(tài)及缺陷的類型、性質、數(shù)量、 形狀、位置、尺寸、分布及其變化進行檢查和測試的方法。
[0003] 無損檢測是工業(yè)發(fā)展必不可少的有效工具，傳統(tǒng)的無損檢測方法主要有射線檢驗 (RT)、超聲檢測（UT)、磁粉檢測（MT)和液體滲透檢測（PT)四種。其他無損檢測方法有渦流 檢測（ECT)、聲發(fā)射檢測（AE)、熱像/紅外（TIR)、泄漏試驗（LT)、交流場測量技術（ACFMT)、 漏磁檢驗（MFL)、遠場測試檢測方法（RFT)、超聲波衍射時差法（TOFD)等。
[0004] 浮空器囊體的材料一般厚度小于一毫米，由復合纖維組成，多層復合材料進行熱 合粘貼可能會產生熱合缺陷，由于囊體由非金屬材料組成，一般的磁粉、渦流檢測不適用； 并且由于囊體的復合纖維材料很薄，一般的射線、超聲、太赫茲無損檢測等會直接穿透囊體 復合纖維材料，難以有效檢測到材料熱合粘貼過程中產生的氣泡、雜質等缺陷。
[0005] 針對浮空器囊體材料熱合的無損探傷檢測裝置，目前尚未有相應的檢測設備。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種浮空器囊體材料熱合檢測裝 置及方法，采用鎖相激勵法探測得到試件的缺陷。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括紅外激勵光源、功率放大器、信號 發(fā)生器、紅外熱像儀、激光定位器、工控機；
[0008] 所述信號發(fā)生器和功率放大器相連，所述功率放大器和紅外激勵光源連接，所述 紅外激勵光源加熱待測試件；所述紅外熱像儀設置于待測試件之上，用于測量特定視場中 的溫度場變化，所述紅外熱像儀連接工控機；所述激光定位器設置于紅外熱像儀的邊緣，用 于定位紅外熱像儀的視場大?。凰龉た貦C連接激光定位器，用于接收定位信息；所述工 控機分別連接信號發(fā)生器和功率放大器。
[0009] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述工控機和紅外熱像儀通過有線或無線網絡連 接。
[0010] 一種浮空器囊體材料熱合檢測方法，包括以下步驟：
[0011] (1)紅外熱源對待測試件持續(xù)加熱，熱流在待測試件內熱傳導，直至試件的表面出 現(xiàn)周期性的正弦溫度變化；
[0012] 所述正弦溫度變化，表示為：
[0013] T(x，y) =Ae1[tJt4^y)]
[0014] 式中，A為正弦型溫度變化的幅值，? (x，y)為相位。
[0015] (2)將實時記錄的試件表面的紅外熱圖像，通過得出試件表面溫度變化的相位 圖；
[0016] 由紅外熱像儀連續(xù)采集的熱圖像重建得到溫度場A(x，y)，即：
[0019] 式中，Si(i= 1，2,3,4)是由紅外熱像儀連續(xù)采集的4副熱圖像，采樣周期為T/4 ;
[0020] (3)將得到的試件表面溫度變化的相位圖與預存的試件的標準相位圖對比，通過 相位差識別出缺陷。
[0021] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟（1)中，紅外熱源的工作頻段為1~ 1000 mHz〇
[0022] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方式之一，所述步驟（3)中，缺陷為在相同的測試條件下，有缺 陷和無缺陷時的相位差，即：
[0023] A(J) (x,y) =d (x,y) - <i>s (x,y)
[0024] 式中，?d(x,y)為位置（x,y)處有缺陷時的相位，?s(x,y)為位置（x,y)處無缺 陷時的相位。
[0025] 本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：本發(fā)明實現(xiàn)對浮空器（主要指系留氣球和飛 艇）囊體材料的熱合效果進行評估，查找其中是否有缺陷并對缺陷大小進行判斷以及缺陷 位置進行定位；囊體材料的熱合過程中若有缺陷存在，通過紅外鎖相方法，加載特定鎖相周 期激勵，在鎖相熱激勵過程中缺陷部位的振幅和相位將異于常規(guī)位置，借助紅外熱像儀，可 以實時檢測出異常區(qū)域。該裝置主要用于實時監(jiān)測浮空器囊體材料的熱合過程和評估熱合 效果。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明的結構示意圖；
[0027] 圖2是本發(fā)明的模塊框圖；
[0028] 圖3是試件表面熱波信號示意圖；
[0029] 圖4是實施例1的鎖相激勵相位圖；
[0030] 圖5是實施例2的鎖相激勵相位圖；
[0031] 圖6是實施例3中待測試件TA在0.IHz正弦調制的熱載荷下的相位分布圖；
[0032] 圖7是實施例3中待測試件TB在0.IHz正弦調制的熱載荷下的相位分布圖；
[0033] 圖8是試件TA中的線段A的相位分布曲線；
[0034] 圖9是試件TB中的線段A的相位分布曲線；
[0035] 圖10是試件TA中的線段B的相位分布曲線；
[0036] 圖11是試件TB中的線段B的相位分布曲線；
[0037] 圖12是試件TA的區(qū)域劃分圖；
[0038] 圖13是試件TB的區(qū)域劃分圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。
[0040] 實施例1
[0041] 如圖1所示，本實施例包括試件裝載臺1、支架2、紅外激勵光源3、紅外熱像儀4、 四個激光定位器5,四個用于夾持激光定位器5的夾持夾具7,紅外熱像儀4設置于支架2的 頂部，紅外激勵光源3有兩個，分別設置在支架2上，激光定位器5設置于紅外熱像儀4的 四周，所述紅外激勵光源3和紅外熱像儀4分別設置在試件裝載臺1的頂部。試件裝載臺 1上設有兩個配重塊6。支架2活動設置在試件裝載臺1的頂部，能夠平移實現(xiàn)位置調節(jié)。
[0042] 如圖2所示，本實施例包括紅外激勵光源3、功率放大器、信號發(fā)生器、紅外熱像儀 4、激光定位器5、工控機；
[0043] 所述信號發(fā)生器和功率放大器相連，所述功率放大器和紅外激勵光源3連接，信 號發(fā)生器和功率放大器用于調制所需要的的特定周期的正弦激勵波形，并加載在紅外激勵 光源3中，所述紅外激勵光源3加熱待測試件；所述紅外熱像儀4設置于待測試件之上，用 于測量特定視場中的溫度場變化，所述紅外熱像儀4連接工控機，當加載正弦激勵周期，試 件中的溫度場分布也是隨時間正弦波動變化；所述激光定位器5設置于紅外熱像儀4的邊 緣，用于定位紅外熱像儀4的視場大小，同時對于測量得到的缺陷位置，大小進行比對；所 述工控機連接激光定位器5,用于接收定位信息；所述工控機分別連接信號發(fā)生器和功率 放大器。工控機和紅外熱像儀4通過有線或無線網絡連接。
[0044] 一種浮空器囊體材料熱合檢測方法，包括以下步驟：
[0045] 在建立標準數(shù)據(jù)庫，并選擇最佳工作頻率IOOmHz后，首先，設置信號發(fā)生器輸出 指定頻率的正弦信號，紅外熱源在此信號的調制下對囊體布進行持續(xù)加熱，同時，由紅外熱 像儀記錄囊體布表面的溫度場變化，最后，通過鎖相分析，提取相位圖，計算相位差，從而識 別熱合缺陷。
[0046] 具體為：
[0047] (1)紅外熱源對待測試件持續(xù)加熱，熱流在待測試件內熱傳導，直至試件的表面出 現(xiàn)周期性的正弦溫度變化；為了更準確的檢測位于某深度的某種類型的缺陷，需要逐一測 試不同工作頻率下的相位差，并以獲得最大相位差時的頻率為最佳工作頻率。為了檢測一 定深度的缺陷，紅外熱源的工作頻率一般較低，本實施例的測試最佳工作頻率時的紅外熱 源頻段為1~l〇〇〇mHz，最佳工作頻率為lOOmHz。
[0048] 所述正弦溫度變化，表示為：
[0049] T(x,y) =Aelfut
[0050] 式中，A為正弦型溫度變化的幅值，? (X，y)為相位。
[0051] (2)將實時記錄的試件表面的紅外熱圖像，通過得出試件表面溫度變化的相位 圖；
[0052] 在鎖相熱成像無損檢測中，因缺陷導致的圖像對比度變化在相位圖中更加清晰， 因此，相位圖比通常的熱圖像具有更重要的分析價值。
[0053]由紅外熱像儀連續(xù)采集的熱圖像重建得到溫度場A(x，y)，即：
[0056] 式中，Si(i= 1，2, 3, 4)是由紅外熱像儀連續(xù)采集的4副熱圖像，采樣周期為T/4 ;
[0057] (3)將得到的試件表面溫度變化的相位圖與預存的試件的標準相位圖對比，通