超声红外热成像技术国内研究现状与进展

江海军, 盛涛, 郑金华, 向苹

江海军, 盛涛, 郑金华, 向苹. 超声红外热成像技术国内研究现状与进展[J]. 红外技术, 2023, 45(10): 1020-1028.
引用本文: 江海军, 盛涛, 郑金华, 向苹. 超声红外热成像技术国内研究现状与进展[J]. 红外技术, 2023, 45(10): 1020-1028.
JIANG Haijun, SHENG Tao, ZHENG Jinhua, XIANG Ping. Research Status and Development of Ultrasonic Infrared Thermography in China[J]. Infrared Technology , 2023, 45(10): 1020-1028.
Citation: JIANG Haijun, SHENG Tao, ZHENG Jinhua, XIANG Ping. Research Status and Development of Ultrasonic Infrared Thermography in China[J]. Infrared Technology , 2023, 45(10): 1020-1028.

超声红外热成像技术国内研究现状与进展

详细信息
    作者简介:

    江海军(1988-),男,硕士,研究方向为红外无损检测技术及图像处理。E-mail: hjiang@novelteq.com

  • 中图分类号: TH878

Research Status and Development of Ultrasonic Infrared Thermography in China

  • 摘要: 超声红外热成像技术具有选择性加热、可检测复杂工件裂纹缺陷的优点,是一种具有很大研究价值的无损检测方法。本文介绍了超声红外热成像技术原理与系统组成,并对国内的发展历程、发展现状进行了回顾和总结。重点针对仿真研究、复合材料损伤、疲劳裂纹、金属构件裂纹、混凝土零件裂纹应用领域的研究现状进行了详细论述,最后展望了超声红外热成像技术的未来发展趋势。
    Abstract: Ultrasonic infrared thermography is a nondestructive testing method with significant research value and has the advantages of selective heating and detection of complex workpiece cracks. We introduce the principles and system composition of ultrasonic infrared thermography technology, and its development history and current situation in China is reviewed and summarized. The status of simulation research, composite material damage, fatigue crack, metal component crack, and concrete parts crack in application fields is discussed in detail. Finally, future development trends in ultrasonic infrared thermography technology are discussed.
  • 相较于传统的CCD器件,电子倍增CCD(electron multiplying charge coupled device, EMCCD)器件在弱光条件下表现出色,能够捕捉微弱信号并在每个像素上进行多次电子累积,从而显著提高信噪比,有效地增强微光条件下的图像质量,使其成为在科学、医学、天文学等领域中的重要选择[1-4]

    偏振成像能够提供与目标表面的含水量、纹理、电导率、粗糙度等表面特性相关的偏振信息,利用目标与背景间偏振特性的差异,可以凸显隐蔽在自然背景中的军事目标。偏振成像技术可以凸显人造目标,在一定程度上弥补传统军事侦察的不足。通常情况下,人造目标物体相比于自然物体往往具有较高的偏振度,尤其反映在电介质材料上,如塑料、玻璃和某些金属板[5-8]。因此,对于对典型目标的军事打击目标如坦克、装甲车、无人机、自行榴弹炮、帐篷等,通过偏振成像技术,有效利用偏振矢量信息,就可以增强图像对比度,提高信噪比,从而在军事应用上可以改善目标探测成像的质量、提高探测精度,为及时发现敌方目标提供有效的手段[9-11]

    偏振成像探测技术作为一种新型的光电探测技术,在目标识别及处理方面相对于传统的成像模式有着独特的优势,对未来战争中应对日益复杂战场环境下目标侦察与识别具有重要的意义[12-15]

    传统偏振单元结构受到偏振单元透光率的影响[14],在低照度条件下无法获得足够的光强度信息,为了解决器件在低照度条件下成像的问题,前期研究中[5]通过引入无偏振单元结构,使器件在10-1 lx条件下具备成像能力。为了进一步提升器件在低照度条件下的成像能力,在文献[5]的研究基础上优化设计了新的偏振单元阵列,该结构包含更多的无偏振单元。此外,为解决新型偏振-微光EMCCD器件在低照度条件下易受到强光干扰而产生光晕的问题,在EMCCD器件像元中设计了鞍形P阱纵向抗光晕结构,从而实现抗晕目的。

    对于偏振成像的解算过程,通常利用当前像元及其周围像元的响应直接或间接得到该像元对不同方向的偏振分量或偏振态,进而解算出偏振信息,完成偏振成像解算。微纳偏振光栅单元集成于成像器件表面,每个光敏单元均对应一个偏振单元。

    图 1所示为传统2×2偏振单元阵列设计[14],包含4个偏振方向(0°、45°、90°、135°),同时在相邻偏振单元之间,设计了一定宽度的金属光栅作为隔离,避免相邻像元之间的串扰。考虑到低照度探测的需求,需要设计白光通道增加进光量,文献[5]中设计了图 2所示的像元阵列结构,该设计在3×3阵列中引入无偏振单元结构,可增强集成偏振器件对微光的响应[5]

    图  1  传统2×2偏振单元阵列设计[14]
    Figure  1.  Design of unit array with four polarization directions[14]
    图  2  引入无偏振单元的3×3阵列设计[5]
    Figure  2.  Design of 3×3 polarization unit array with non polarization units[5]

    但3×3阵列单元设计仍存在问题,对于无偏振单元的像素,在解算其偏振信息时,需要采用周围8个像素的偏振信息进行加权平均得到,在进行原始偏振图像预处理时,会存在预处理出不同偏振角度的超像元阵列,进而使得后期的偏振信息解算过程变得复杂与困难。

    结合图 1图 2的设计思想,优化设计了图 3所示的像元阵列结构。同样具备4个偏振方向(0°、45°、90°、135°)和无偏振单元(即白光通道),每个重复单元包含2个偏振方向(0°、135°或者90°、45°)和2个无偏振单元。该优化的偏振阵列结构的优势在于,既保留了白光通道,又使得还原后的像素超像元结构是固定的,便于图像处理。

    图  3  优化后的偏振单元阵列设计
    Figure  3.  Optimized polarization unit array design

    入射到金属微纳光栅表面的光可以分解为电矢量垂直于光栅方向的TM波和电矢量平行于光栅方向的TE波。根据理论分析,金属微纳光栅的偏振性能与金属光栅的周期、宽度和栅槽深度密切相关,而衬底的选择直接影响消光比的设置。

    由于Si片在550 nm波长处的折射率高达4.09,存在较大的反射能量损失。为了进一步提高偏振-微光结构的透光率,在Si基片与金属光栅之间引入单层或多层减反射膜,能够有效减少表面反射损失,提高光栅的透过率。根据光学薄膜理论,对于理想的减反射膜,应使用折射率小于1.99的材料。为此,可在金属光栅和Si基片之间加入低折射率SiO2介质层作为减反射膜层,设计的带有SiO2介质层的金属光栅结构示意图如图 4所示。

    图  4  在金属光栅和Si基片之间添加SiO2的结构示意图
    Figure  4.  Schematic diagram of adding SiO2 between metal grating and Si substrate

    通过改变SiO2厚度,能实现对特定波长的增透效果。当固定光栅周期是100 nm,金属厚度100 nm,占空比0.5时,SiO2厚度对透过率影响明显。在不引入SiO2介质层时,在可见光波段TM波的透过率较低,在400 nm波长处其透过率小于0.6,由于EMCCD器件结构影响,SiO2介质膜的厚度不小于4 μm,此时上下表面的光程差较大,可以对较宽的波长引起TM波透过率的干涉增强,起到增透膜的作用。综合评判,选择的SiO2介质层厚度为4.1 μm,可在较宽光谱范围内获得响应增透效果。此时,膜系的反射率曲线如图 5所示,在400~1100 nm区间内的平均反射率为5.2%。通过设计分析可知,在Si基片和金属光栅之间加一层低折射率的SiO2介质层作为减反射膜,可有效提高TM偏振光的透过率和TE偏振光的反射率,同时也会消弱金属栅条与Si基片界面处激发的表面等离子体,金属光栅的偏振性能得到明显提升。

    图  5  膜系反射率曲线
    Figure  5.  Film reflectance curve

    等离子体干法刻蚀方法流程如图 6所示。首先,将SiO2基底进行彻底清洗干燥,以保证表面无杂质且与金属可以良好粘附;然后,采用磁控溅射的方法镀铝,厚度为100 nm,相比于其他镀膜方法,磁控溅射具有更强的附着力,避免小线条在后端工序中脱离表面;随后,在样品表面旋涂电子束胶ARP6200,并进行图形曝光、显影等步骤,得到刻蚀掩模;然后采用干法刻蚀对铝膜进行刻蚀,将电子束胶上的图形传递至铝膜;最后,利用氧等离子体处理表面残胶,得到最终样品。

    图  6  偏振光栅加工工艺流程
    Figure  6.  Polarization grating processing process flowchart

    本方法对单个偏振方向的光栅结构进行加工与测试,结果如图 7所示。

    图  7  单个偏振方向的光栅结构SEM图像
    Figure  7.  Polarization grating SEM image

    偏振光栅结构测试结果如下:光栅栅高99.25 nm,周期98.81 nm,占空比52%,满足光栅结构设计要求。经测试,单个偏振方向的光栅结构消光比为82:1,透过率为52%。

    在验证单个偏振单元后,在正式片中引入无偏振光栅的区域,其版图如图 8(a)所示。加工过程中电子束胶样品的电镜图如图 8(b)~(d)所示。

    图  8  偏振-微光结构版图及SEM图像
    Figure  8.  Polarization low light structure layout and SEM images

    偏振光栅区域图形清晰可见,各个方向条纹均满足设计要求,无偏振光栅区域表面平整光滑,偏振光栅工艺的引入未对像素表面产生影响。如图 9所示为最终工艺完成的带偏振-微光结构的EMCCD晶圆,经测试,阵列式光栅消光比为62:1,透过率为58.4%。

    图  9  带偏振-微光结构的EMCCD晶圆
    Figure  9.  EMCCD wafer with polarization low light structure

    设计的EMCCD器件光敏单元具有抗晕功能。信号电荷在三面被PStop区域隔离的沟阻结构PD像元内可以有效积分,像元制作在P阱的内部,一方面有利于抗晕结构的制作,同时也提高信号电荷转移速度。

    图 10所示为纵向抗晕机理示意图,入射光产生的电荷存储在N型埋沟势阱之中,当产生的电荷数量超过势阱容量时,若衬底施加一定的电压,过剩的电荷将越过鞍形P阱势垒,泄放进入N型衬底,防止N型埋沟内的电荷泄入至垂直寄存器中,从而实现抗晕目的。因此,光敏区鞍形P阱的浓度、结深将直接影响器件的抗晕和弥散特性,是本款EMCCD器件制造中的关键工艺之一。

    图  10  纵向抗晕机制示意图
    Figure  10.  Schematic diagram of longitudinal anti halo mechanism

    像元纵向抗晕设计不仅要考虑PD、鞍形P阱、N型衬底之间形成的有效电荷信号释放通路,同时也必须考虑鞍形P阱对寄存器单元及放大器单元的影响,需在VAB区域外形成浓度分布均匀的P型区,因此需要采用高能(大于500 keV)离子注入及长时间(大于600 min)高温(大于1100℃)推阱的方式制作鞍形P阱。由于长时间高温工艺对硼原子的扩散影响很大,因此根据设计要求,必须通过精细的工艺仿真,同时结合工艺实验,来确定P阱的注入能量和剂量。鞍形P阱工艺的重点在于高能离子注入均匀性控制,需要开展束流速度、偏转角度、扫描速度等参数的优化实验。对P阱工艺的评价手段主要是通过二次离子质谱(secondary ion mass spectrometry, SIMS)测试和扩展电阻(spreading resistance profile, SRP)测试,来获得P阱的杂质浓度、深度、均匀性等信息。

    为了确保寄存器和放大器区域掺杂足够均匀,同时满足纵向抗晕效果。器件制造过程将采用3次离子注入及高温推阱的方式来制造鞍形P阱。

    第一次阱注入伴随长时间推阱,用以确保硼在工作区域均匀分布,同时在抗光晕区,当衬底为0 V电压时,衬底与光电二极管之间建立起势垒。如图 11所示为第一次推阱后光敏单元的浓度分布图。

    图  11  第一次推阱后光敏单元浓度分布图
    Figure  11.  Concentration distribution map of photosensitive units after the first trap push

    第二次及第三次高能注入伴随短时间推阱,用以确保抗光晕控制具有大的跨导。如图 12所示为第三次推阱后光敏单元的浓度分布图。如图 13所示为光电二极管1 μm2面积内的电荷Npd与衬底电压Vsub之间的关系,可以看到在衬底电压Vsub在20 V左右时,PD内的电荷将通过衬底全部泄放干净,若此电压值设计较低,会影响PD的满阱容量,若电压值设计太高,则会增大器件的整体功耗。

    图  12  第三次推阱后光敏单元浓度分布图
    Figure  12.  Concentration distribution diagram of photosensitive units after the third push well
    图  13  光电二极管1 μm2面积内的电荷Npd与衬底电压Vsub之间的关系
    Figure  13.  The relationship between the charge Npd within the 1 μm2 area of the photodiode and the substrate voltage Vsub

    基于偏振EMCCD器件设计的偏振成像模组如图 14所示,相机分辨率为1024×1024,波段为400~1100 nm,光栅透过率为58%,消光比为62。并选择在晴朗夜晚环境下进行偏振成像试验,环境照度在10-2 lx量级。通过偏振成像模组采集原始图像,解算出图像中的光强度、偏振度和偏振角信息,然后进行灰度级融合和彩色融合,成像结果如图 15所示。

    图  14  偏振成像模组(左)及偏振EMCCD器件(右)
    Figure  14.  Polarization imaging module(left) and polarization EMCCD device(right)
    图  15  成像结果
    Figure  15.  Imaging results

    从偏振成像效果对比中可以看出,光强度图像无法识别的黑色车辆和路面,偏振度图和偏振角图可以提炼出车辆的轮廓和纹理结构等细节信息;车辆上不同材质的部件在偏振度和偏振角图像中可以被明显区分,同一材质的玻璃车窗因不同的镀膜而产生不同的偏振信息;通过灰度级融合和彩色融合后的图像,细节信息更加丰富,通过凸显偏振目标的颜色,可以有效增大背景与目标间的差异。

    为了对比3×3阵列偏振结构与新型偏振-微光结构在低照度条件下的成像能力,在0.1 lx照度条件下对两种结构的图像传感器分别进行测试并解算出图像中的光强度信息,如图 16所示,相比于3×3阵列偏振结构,新型偏振-微光结构在低照度条件下可以获得更多的光强度信息,可以更好地观测到目标信息。

    图  16  不同偏振结构成像结果对比
    Figure  16.  Comparison of imaging results with different polarization structures

    同时,对器件抗光晕性能进行了测试,如图 17(a)为器件在10-2 lx量级微光条件下,面对一个10 mm×10 mm正方形发光光源拍摄的照片,此时光源照度为10 lx,可以看到器件无明显光晕外溢,整体抗光晕效果较好。如图 17(b)为关闭抗光晕功能时的图像,可以看到明显的光晕现象。

    图  17  器件抗光晕性能测试结果
    Figure  17.  Test results of device anti halo performance

    本文采用一种新型偏振-微光单元阵列,在低照度条件下实现了对物体的偏振成像,相比于3×3阵列偏振结构[5]在10-1 lx量级环境照度下获取目标细节信息,新型偏振-微光结构具备更多的白光通道,工作环境照度能够达到10-2 lx量级,可以区分肉眼难以区分的物体,观测到更多物体信息,同时在器件光敏单元制作了纵向抗光晕结构,实现了器件光晕抑制,减少了器件在弱光条件下易被强光致盲的劣势,提升了器件在复杂环境中的工作能力。

  • 图  1   超声红外热成像技术原理

    Figure  1.   Principle of ultrasonic infrared thermography technology

    图  2   超声红外热成像系统装置

    Figure  2.   System device of ultrasonic infrared thermography

    图  3   不同冲击能量试件检测图像

    Figure  3.   Images of test specimens with different impact energies

    图  4   金属疲劳裂纹检测[47]

    Figure  4.   Metal fatigue crack detection[47]

    图  5   锻钢块试件

    Figure  5.   Test piece of forged steel block

    图  6   锻钢块试件检测结果

    Figure  6.   Test results of forged steel block

    图  7   工作叶片裂纹检测

    Figure  7.   Crack detection for working blade

    图  8   混凝土裂纹检测[58]

    Figure  8.   Concrete crack detection [58]

  • [1]

    FAVRO L D, THOMAS R L, HAN X, et al. Sonic infrared imaging of fatigue cracks[J]. International Journal of Fatigue, 2001, 23(3): 471-476.

    [2]

    MIN Q X, ZHU J Z, FENG F Z, et al. Study on optimization method of test conditions for fatigue crack detection using lockin vibro-thermography [J]. Infrared Physics & Technology, 2017, 8(3): 17-23.

    [3]

    SFARRA S, IBARRA-CASTANEDO C, SANTULLI C, et al. Falling weight impacted glass and basalt fibrewoven composites inspected using non-destructive techniques[J]. Composites Part B: Engineering, 2013, 45(1): 601-608. DOI: 10.1016/j.compositesb.2012.09.078

    [4]

    Homma C, Rothenfusser M, Baumann J, et al. Study of the heat generation mechanism in acoustic thermography[J]. AIP Conference Proceedings, 2006, 8(20): 566-573.

    [5]

    RENSHAW J, CHEN J C, HOLLAND S D, et al. The sources of heat generation in vibrothermography[J]. NDT & E International, 2011, 44(8): 736-739.

    [6]

    LI Y, ZHANG W, YANG Z W, et al. Low-velocity impact damage characterization of carbon fiber reinforced polymer (CFRP) using infrared thermography[J]. Infrared Physics & Technology, 2016, 76: 91-102.

    [7] 闵庆旭. 超声红外锁相热像技术中检测条件优化与缺陷识别研究[D]. 北京: 陆军装甲兵学院, 2018.

    MIN Qingxu. Research on Detection Condition Optimization and Defect Identification in Ultrasonic Infrared Lock-in Thermal Imaging Technology[D]. Beijing: Army Academy of Armored Forces, 2018.

    [8] 张超省. 基于超声红外热像的金属平板裂纹检测技术研究[D]. 北京: 陆军装甲兵学院, 2015.

    ZHANG Chaosheng. Research on Crack Detection Technology of Metal Plate Based on Ultrasonic Infrared Thermal Image[D]. Beijing: Army Academy of Armored Forces, 2015.

    [9]

    Henneke Edmund, Reifsnider Kenneth, Stinchcomb Wayne. Thermography- an NDI method for damage detection[J]. Journal of Metals, 1979, 31(9): 11-15.

    [10]

    Favro Lawrence, HAN Xiaoyan, OUYANG Zhong, et al. Infrared imaging of defects heated by a sonic pulse[J]. Review of Scientific Instruments, 2000, 71(6): 2418-2421. DOI: 10.1063/1.1150630

    [11] 张淑仪. 超声红外热像技术及其在无损评价中的应用[J]. 应用声学, 2004, 23(5): 1-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSN200405000.htm

    ZHANG Shuyi. Ultrasonic infrared thermography and its applications in nondestructive evaluation[J]. Applied Acoustics, 2004, 23(5): 1-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSN200405000.htm

    [12] 洪毅, 缪鹏程, 张仲宁, 等. 超声红外热像技术及其在无损检测中的应用[J]. 南京大学学报: 自然科学, 2003, 39(4): 547-552. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CFXB201104040.htm

    HONG Yi, MIU Pengchen, ZHANG Zhongning, et al. The ultrasonic infrared thermography and its application in NDE[J]. Journal of Nanjing University: Natural Science, 2003, 39(4): 547-552. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CFXB201104040.htm

    [13] 王成亮, 杨波. 复合材料冲击损伤的超声红外检测[J]. 无损检测, 2010, 32(11): 893-897. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201111013.htm

    WANG Chengliang, YANG Bo. Ultrasonic excited thermography nondestructive testing for impact damage of composite material[J]. Nondestructive Testing, 2010, 32(11): 893-897. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201111013.htm

    [14] 周正干, 贺鹏飞, 赵翰学, 等. 钛合金蜂窝结构蒙皮脱焊缺陷锁相红外热成像检测[J]. 北京航空航天大学学报, 2016, 42(9): 1795-1802. DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0569

    ZHOU Zhenggan, HE Pengfei, ZHAO Hanxue, et al. Detection of skin desoldering defect in ti-alloy honeycomb structure using lock-in infrared thermography test[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2016, 42(9): 1795-1802. DOI: 10.13700/j.bh.1001-5965.2015.0569

    [15] 秦雷, 刘俊岩, 龚金龙, 等. 超声红外锁相热像技术检测金属板材表面裂纹[J]. 红外与激光工程, 2013, 42(5): 1123-1130. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2013.05.003

    QIN Lei, LIU Junyan, GONG Jinlong, et al. Testing surface crack defects of sheet metal with ultrasonic lock-in thermography[J]. Infrared and Laser Engineering, 2013, 42(5): 1123-1130. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2013.05.003

    [16] 刘慧, 刘俊岩, 王扬. 基于超声锁相热像技术检测缺陷的热图序列处理[J]. 红外与激光工程, 2011, 40(5): 944-948. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2011.05.034

    LIU Hui, LIU Junyan, WANG Yang. Processing thermal image sequences for defect detection based on ultrasound lock-in thermography[J]. Infrared and Laser Engineering, 2011, 40(5): 944-948. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2011.05.034

    [17] 闵庆旭, 张超省, 朱俊臻, 等. 超声红外热像中激励源位置对裂纹生热的影响[J]. 红外与激光工程, 2017, 46(1): 94-100. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201701015.htm

    MIN Qingxu, ZHANG Chaosheng, ZHU Junzhen, et al. Effect of excitation position on crack heating characteristics in sonic IR imaging[J]. Infrared and Laser Engineering, 2017, 46(1): 94-100. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201701015.htm

    [18] 张超省, 宋爱斌, 冯辅周, 等. 超声红外热像检测条件的优化方法研究[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(2): 77-84. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201602013.htm

    ZHANG Chaosheng, SONG Aibin, FENG Fuzhou, et al. A design of experiments approach to characterizing the effects of sonic IR variables[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(2): 77-84. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201602013.htm

    [19] 冯辅周, 张超省, 闵庆旭, 等. 超声红外热像技术中金属平板裂纹的生热特性[J]. 红外与激光工程, 2015, 44(5): 1456-1461. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.05.011

    FENG Fuzhou, ZHANG Chaosheng, MIN Qingxu, et al. Heating characteristics of metal plate crack in sonic IR imaging[J]. Infrared and Laser Engineering, 2015, 44(5): 1456-1461. DOI: 10.3969/j.issn.1007-2276.2015.05.011

    [20] 陈胜. 低功率超声激励红外热成像复合材料缺陷检测研究[D]. 长沙: 湖南大学, 2021.

    CHEN Sheng. Research on Composite Materials Defect Detection by Low-power Ultrasonic Infrared Thermography[D]. Changsha: University of South China, 2021.

    [21]

    HE Yunze, CHEN Sheng, ZHOU Deqiang, et al. Shared excitation based nonlinear ultrasound and vibro-thermography testing for CFRP barely visible impact damage inspection[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018, 14(12): 5575-5584. DOI: 10.1109/TII.2018.2820816

    [22] 金国锋, 张炜, 杨正伟, 等. 界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2013, 45(2): 167-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCLH201302028.htm

    JIN Guofeng, ZHANG Wei, YANG Zhengwei, et al. Application of ultrasonic infrared thermal wave technique in detection and recognition of interface kissing damage[J]. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2013, 45(2): 167-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCLH201302028.htm

    [23] 宋远佳, 张炜, 杨正伟. 振动激励条件下复合材料损伤生热的研究[J]. 强激光与粒子束, 2015, 27(4): 295-300. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QJGY201504059.htm

    SONG Y J, ZHANG W, YANG ZH W. Heating researchon damage of composites on condition of vibration excitation[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2015, 27(4): 295-300. . https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-QJGY201504059.htm

    [24] 唐长明, 钟舜聪, 戴晨煜, 等. 奥氏体不锈钢焊缝裂纹的超声红外热像检测[J]. 无损检测, 2019, 41(5): 33-37, 53. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201905010.htm

    TANG Changming, ZHONG Shuncong, DAI Chenyu, et al. Ultrasonic infrared thermography detection of austenitic stainless steel welds cracks[J]. Nondestructive Testing, 2019, 41(5): 33-37, 53. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201905010.htm

    [25] 蒋雅君, 任荣, 冯辅周, 等. 混凝土板裂缝的超声红外热像检测机理[J]. 北京工业大学学报, 2022, 48(10): 1028-1035. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJGD202210003.htm

    JIANG Yajun, REN Rong, FENG Fuzhou, et al. Mechanism of ultrasonic infrared thermography detection of concrete slab cracks[J]. Journal of Beijing University of Technology, 2022, 48(10): 1028-1035. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BJGD202210003.htm

    [26]

    JIA Yu, TANG Lei, XU Binhua, et al. Crack detection in concrete parts using vibrothermography[J]. Journal of Nondestructive Evaluation, 2019, 38(21): 1-11.

    [27]

    JIA Yu, TANG Lei, MING Pan, et al. Ultrasound-excited thermography for detecting microcracks in concrete materials[J]. NDT & E International, 2019, 101: 62-71.

    [28] 习小文, 苏清风, 袁雅妮, 等. 超声红外热成像技术在航空发动机叶片裂纹的对比研究[J]. 红外技术, 2021, 43(2): 186-191. http://hwjs.nvir.cn/article/id/1c71a583-324b-4a27-9a83-cc725603f156

    XI Xiaowen, SU Qingfeng, YUAN Yani, et al. Comparative study of using ultrasonic infrared thermography for detecting aeroengine blade cracks[J]. Infrared Technology, 2021, 43(2): 186-191. http://hwjs.nvir.cn/article/id/1c71a583-324b-4a27-9a83-cc725603f156

    [29] 袁雅妮, 苏清风, 习小文, 等. 涂覆层空腔叶片裂纹的超声红外检测技术[J]. 南昌航空大学学报: 自然科学版, 2020, 34(3): 94-99. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NCHK202003014.htm

    YUAN Yani, SU Qingfeng, XI Xiaowen, et al. Ultrasonic infrared thermography in crack detection of coated hollow blades[J]. Journal of Nanchang Hangkong University: Natural Sciences, 2020, 34(3): 94-99. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NCHK202003014.htm

    [30] 江海军, 陈力, 魏益兵, 等. 超声热波成像技术应用于航空发动机叶片裂纹的检测[C]//2018 远东无损检测新技术论坛论文集, 2018: 624-627.

    JIANG Haijun, CHEN Li, WEI Yibing, et al. Application of ultrasonic thermal imaging technology to the detection of cracks in aeroengine blades[C]//Proceedings of the 2018 Far East Nondestructive Testing Technology Forum, 2018: 624-627.

    [31] 吴昊, 刘志平, 杜勇, 等. 超声红外热波成像在CFRP板螺栓孔损伤检测的研究[J]. 红外技术, 2019, 41(8): 786-794. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201908015

    WU Hao, LIU Zhiping, DU Yong, et al. Study on damage detection of bolt holes in CFRP plate by ultrasonic infrared thermal wave imaging[J]. Infrared Technology, 2019, 41(8): 786-794. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201908015

    [32] 金国锋, 张炜, 宋远佳, 等. 含曲率结构裂纹的超声红外热波检测数值仿真[J]. 科学技术与工程, 2013, 13(3): 776-779. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201303048.htm

    JIN Guofeng, ZHANG Wei, SONG Yuanjia, et al. Numerical simulation for ultrasonic infrared thermal wave detecting of curvature structural crack[J]. Science Technology and Engineering, 2013, 13(3): 776-779. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KXJS201303048.htm

    [33] 田干, 杨正伟, 朱杰堂, 等. 超声红外热波检测中的振动特性及声混沌分析[J]. 红外与激光工程, 2016, 45(3): 1-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201603006.htm

    TIAN Gan, YANG Zhengwei, ZHU JieTang, et al. Vibration characteristics and acoustic chaos analysis of ultrasonic infrared thermal wave test[J]. Infrared and Laser Engineering, 2016, 45(3): 1-6. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201603006.htm

    [34] 徐欢, 殷晨波, 李向东, 等. 超声红外检测中裂纹微观界面生热的数值模拟[J]. 南京工业大学学报, 2019, 41(4): 493-500. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHXB201904015.htm

    XU Huan, YIN Chenbo, LI Xiangdong, et al. Numerical simulation of the heat generated by the microcosmic interface of cracks in ultrasonic infrared detection[J]. Journal of Nanjing Technology University: Natural Science Edition, 2019, 41(4): 493-500. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NHXB201904015.htm

    [35] 敦怡, 周兆英, 伍玲, 等. 钛合金中微裂纹的超声红外热像检测技术研究[J]. 固体火箭技术, 2012, 35(4): 555-564. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ201204028.htm

    GUO Yi, ZHOU Zhaoying, WU Ling, et al. Sonic infrared nondestructive evaluation of microcracks in titanium alloy[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2012, 35(4): 555-564. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ201204028.htm

    [36] 蒋雅君, 任荣, 冯辅周, 等. 超声激励下混凝土板裂缝发热的有限元分析[J]. 防灾减灾工程学报, 2020, 40(6): 892-901. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZXK202006007.htm

    JIANG Yajun, REN Rong, FENG Fuzhou, et al. Finite element analysis on crack heating of concrete slab under ultrasonic excitation[J]. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering, 2020, 40(6): 892-901. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DZXK202006007.htm

    [37]

    Rantala J, WU D, Busse G. Amplitude-modulated lock-in vibro-thermography for NDE of polymers and composites[J]. Research in Nondestructive Evaluation, 1996, 21(7): 215-228.

    [38] 田干, 张炜, 金国锋, 等. 超声红外热波检测多模式激励的数值仿真[J]. 江苏大学学报, 2014, 35(2): 171-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSLG201402009.htm

    TIAN Gan, ZHANG Wei, JIN GuoFeng, et al. Numerical simulation of multi-mode excitation of ultrasonic infrared thermal wave detection[J]. Journal of Jiangsu University: Natural Science Eidtion, 2014, 35(2): 171-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSLG201402009.htm

    [39] 金国锋, 张炜, 杨正伟, 等. 界面贴合型缺陷的超声红外热波检测与识别[J]. 四川大学学报: 工程科学版, 2013, 45(2): 167-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCLH201302028.htm

    JIN Guofeng, ZHANG Wei, YANG Zhengwei, et al. Applicationof ultrasonic infrared thermal wave technique in detectionand recognition of interface kissing damage[J]. Journal of Sichuan University: Engineering Science Edition, 2013, 45(2): 167-175. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCLH201302028.htm

    [40] 张炜, 罗文源, 王冬冬, 等. 基于超声热波技术的复合材料冲击损伤检测研究[J]. 固体火箭技术, 2013, 36(6): 836-841. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ201306027.htm

    ZHANG W, LUO W Y, WANG D D, et al. Impact damage detection of composites based on ultrasonicthermography technique[J]. Journal of Solid Rocket Technology, 2013, 36(6): 836-841. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GTHJ201306027.htm

    [41] 吴昊, 刘志平, 杜勇, 等. 超声红外热波成像在CFRP板螺栓孔损伤检测的研究[J]. 红外技术, 2019, 41(8): 786-794. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201908015

    WU Hao, LIU Zhiping, DU Yong, et al. Study on damage detection of bolt holes in CFRP plate by ultrasonic infrared thermal wave imaging[J]. Infrared Technology, 2019, 41(8): 786-794. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201908015

    [42] 李胤, 田干, 杨正伟, 等. 复合材料低速冲击损伤超声红外热波检测能力评估[J]. 仪器仪表学报, 2016, 37(5): 1124-1130. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQXB201605021.htm

    LI Yin, TIAN Gan, YANG Zhengwei, et al. Detection capability evaluation of low velocity impact damage in composites using ultrasonic infrared thermography[J]. Chinese Journal of Scientific Instrument, 2016, 37(5): 1124-1130. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YQXB201605021.htm

    [43] 杨正伟, 赵志彬, 高建国, 等. 热固性/热塑性复合材料分层损伤红外热波检测能力评估[J]. 红外与激光工程, 2021, 50(2): 1-9. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ2021S2019.htm

    YANG Zhengwei, ZHAO Zhibin, GAO Jianguo, et al. Evaluation of infrared thermal wave detection capability for delamination damage of thermosetting/thermoplastic composites[J]. Infrared and Laser Engineering, 2021, 50(2): 1-9. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ2021S2019.htm

    [44] 闵庆旭, 冯辅周, 徐超, 等. 超声红外锁相热像技术用于金属平板疲劳裂纹的检测[J]. 红外技术, 2018, 40(1): 91-94. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201801016

    MIN Qingxu, FENG Fuzhou, XU Chao, et al. Detection of fatigue cracks in metal plates using lock-in vibrothermography[J]. Infrared Technology, 2018, 40(1): 91-94. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs201801016

    [45] 高治峰. 7075铝合金疲劳裂纹的振动红外热成像检测研究[D]. 西安: 西安理工大学, 2020.

    GAO ZhiFeng. Study on Vibro Thermography Detection of Fatigue Crack in 7075 Aluminum Alloy[D]. Xi'an: Xi'an University of Technology, 2020.

    [46] 郭伟, 董丽虹, 王海斗, 等. 喷涂层下基体疲劳裂纹的超声红外热成像检测[J]. 表面技术, 2019, 48(12): 369-375. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BMJS201912047.htm

    GUO Wei, DONG Lihong, WANG Haidou, et al. Inspection of substrate crack under spray coating by ultrasonic thermography[J]. Surface Technology, 2019, 48(12): 369-375. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-BMJS201912047.htm

    [47] 韩梦, 尹嘉雯, 黄军科, 等. 铝合金板疲劳微裂纹超声红外成像检测的数值及实验研究[J]. 应用声学, 2022, 41(5): 1-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSN202205006.htm

    HAN Meng, YIN Jiawen, HUANG Junke, et al. A comprehensive numerical and experimental study on detecting fatigue microcrack in aluminum alloy plate by vibro-thermography[J]. Applied Acoustics, 2022, 41(5): 1-8. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYSN202205006.htm

    [48]

    GUO X, Vavilov V. Crack detection in aluminum parts byusing ultrasound-excited infrared thermography[J]. Infrared Physics Technology, 2013, 61: 149-156.

    [49] 李赞. 金属构件裂纹超声红外热像检测及其激励参数影响规律研究[D]. 湘潭: 湖南科技大学, 2016.

    LI Zan. Study on Ultrasonic Infrared Thermography Detection of Cracks in Metal Components and The Influence of Excitation Parameters[D]. Xiangtan: Hunan University of Science and Technology, 2016.

    [50] 江涛, 杨小林, 阚继广. 超声红外热成像无损评估技术[J]. 无损检测, 2009, 31(11): 884-886. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC200911012.htm

    JIANG Tao, YANG Xiaolin, KAN Jiguang. NDE technique with ultrasonic thermography imaging[J]. Nondestructive Testing, 2009, 31(11): 884-886. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC200911012.htm

    [51] 敬甫盛, 李朋, 江海军, 等. 基于超声热波成像技术的机车钩舌的裂纹检测[J]. 红外技术, 2020, 42(2): 158-162. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs202002009

    JING Fusheng, LI Peng, JIANG Haijun, et al. Crack detection of locomotive hook tongue based on ultrasonic thermography[J]. Infrared Technology, 2020, 42(2): 158-162. http://hwjs.nvir.cn/article/id/hwjs202002009

    [52] 冯辅周, 张超省, 张丽霞, 等. 红外热波技术在装甲装备故障诊断和缺陷检测中的应用[J]. 应用光学, 2012, 33(5): 827-831. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYGX201205003.htm

    FENG Fuzhou, ZHANG Chaosheng, ZHANG Lixia, et al. Application of infrared thermal wave technology in fault diagnosis and defect detection for armored equipments[J]. Journal of Applied Optics, 2012, 33(5): 827-831. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YYGX201205003.htm

    [53]

    Bolu G N, Gachagan A, Pierce G, et al. Reliable thermosonic inspection of aero engine turbine blades[J]. InsightNon Destructive Testing and Condition Monitoring, 2010, 52(9): 488-493.

    [54] 寇光杰, 杨正伟, 贾庸, 等. 复杂型面叶片裂纹的超声红外热成像检测[J]. 红外与激光工程, 2019, 48(12): 101-109. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201912013.htm

    KOU Guangjie, YANG Zhengwei, JIA Yong, et al. Detection on cracks in blades with complex profile based on ultrasonic infrared thermal imaging[J]. Infrared and Laser Engineering, 2019, 48(12): 101-109. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HWYJ201912013.htm

    [55] 苏清风, 习小文, 袁雅妮, 等. 超声红外热像技术在航空发动机叶片裂纹检测中的应用[J]. 无损检测, 2019, 41(4): 54-57. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201904012.htm

    SU Qingfeng, XI Xiaowen, YUAN Yani, et al. Application of ultrasonic infrared thermography technology in crack detection of aeroengine blades[J]. Nondestructive Testing, 2019, 41(4): 54-57. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WSJC201904012.htm

    [56] 谢春霞. 红外热像检测技术在土木工程中的应用[D]. 成都: 西南交通大学, 2009.

    XIE Chunxia. Infrared Thermography Inspection Technology's Application in the Field of Civil Engineering[D]. Chengdu: Southwest JiaoTong University, 2009.

    [57] 胡振华, 汤雷. 超声红外热像技术在混凝土结构检测中的应用[J]. 混凝土, 2013(7): 124-126. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLTF201307043.htm

    HU Zhenhua, TANG Lei. Application of the ultrasound infrared thermal imaging technology in the detection of concrete structures[J]. Concrete, 2013(7): 124-126. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-HLTF201307043.htm

    [58] 任荣. 超声激励下混凝土板裂纹生热机理及影响因素研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2019.

    REN Rong. Study on the Mechanism and Influencing Factors of Crack Heat Generation in Concrete Slabs Under Ultrasonic Excitation[D]. Chengdu: Southwest JiaoTong University, 2009.

    [59] 贾宇, 王承强, 梁嘉辉, 等. 超声激励热成像探测材料微缺陷的研究进展[J]. 激光与红外, 2022, 52(6): 797-802. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW202206002.htm

    JIA Yu, WANG Chengqiang, LIANG Jiahui, et al. Research progress of ultrasonic excitation thermography for detecting material microdefects [J]. Laser & Infrared, 2022, 52(6): 797-802. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JGHW202206002.htm

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出版历程
  • 收稿日期:  2022-12-26
  • 修回日期:  2023-02-21
  • 刊出日期:  2023-10-19

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