激光扫描红外热波成像技术应用
激光红外热波无损检测技术介绍ppt课件
直径2-5mm，深度0.35-1.4mm
(a) 光学图像
(b)红外图像
图3-5：特种涂层试件缺陷检测
薄膜厚度检测
单位：μm
300 250 200 150 100 50
图3-6：薄膜试件光学图像
图3-7：薄膜试件红外图像
太阳能硅片缺陷检测
(a) 光学图像
(b)红外图像
图3-8：太阳能硅片脱粘缺陷图像
2d
4d
A
B
图2-5：具有两个绝热边界时的镜像热源 综合各个热源的作用，对于厚度为d的试件，在试件表面z=0，得到温度分布方程为：
T ( x ,z ,t ) I
t
a ( 1 2 e ( d t 2 ) ) [ e r f(v l x ) e r f(v l x ) ] d
6
1 激光扫描红外热波成像无损检测技术原理
图1-1：主动红外热波无损检测技术原理
高能量脉冲光
脉冲加热
试件表面
热波传播
试件内部
无缺陷 热波均匀传播
有缺陷 部分热波被反射
表面温度均匀
表面呈现温差
图1-2：试件表面温度-时间变化曲线
3大关键技术
热激励技术 红外图像采集技术 红外图像处理技术
图1-3：激光扫描红外热波成像技术示意图
技术特点
定量
测量
红外热波 成像无损检测
技术特点
激光扫描无缺陷区域温度场曲线
(a)线性坐标
(a)线性坐标
(a)线性坐标
(b)双对数坐标
(b)双对数坐标
图2-2：试件表面温度曲线-塑料 图2-3：试件表面温度曲线-不锈钢
(b)双对数坐标 图2-4：试件表面温度曲线-铝
红外热成像技术的原理和应用
红外热成像技术的原理和应用一、概述随着现代科技的快速发展，越来越多的新型技术得以应用到生产和生活中。
其中，红外热成像技术（infrared thermal imaging technology）是一种重要的热力学检测工具，其可以通过红外线热辐射捕捉物体表面温度分布信息，实现对物体内部温度分布的无损检测和图像显示。
二、原理红外线是电磁波谱中波长大于0.75μm小于1000μm的中红外光线，其在材料中的传播是基于物体热能的辐射传输方式，其中物体表面温度越高，其辐射出来的红外线能量越大。
红外热成像技术利用热红外波段的红外线辐射进行测量，检测物体表面温度变化，然后将检测结果反映到热成像仪中，输出一张反映物体表面温度分布的热成像图。
三、分类根据热成像仪的工作方式和应用领域不同，红外热成像技术可以分为以下几种类型。
1. 主动式红外热成像技术主动式红外热成像技术是通过激励器来产生红外线辐射以供检测的技术。
常见的主动式红外热成像技术有激光探测器、偏置探测器和光纤传感器等。
2. 被动式红外热成像技术被动式红外热成像技术是依靠被检测物体的红外线辐射来进行测量的技术。
常见的被动式红外热成像技术有基于微波红外成像仪、红外线放射成像仪和红外线热像仪等。
3. 红外热成像技术的应用领域红外热成像技术具有大范围、非接触、高精度等优点，因此被广泛应用于以下领域。
（1）工业制造中的检测应用在工业制造中，红外热成像技术可以用于检测工艺中产生的温度变化来了解设备运行是否正常，及时预防它产生异常状况。
比如，利用红外热成像技术对汽车轮胎进行检测，可以检测到轮胎胎面与路面接触部位是否存在磨损、裂缝、脱胎等异常情况。
（2）建筑工程中的应用红外热成像技术可以用于建筑工程中的能耗分析和建筑物检测。
通过测量建筑物表面温度分布，可以判断建筑物的保温效果，有助于建筑物节能和减排。
除此之外，将红外热成像技术应用于建筑缺陷探测，也可以提高建筑物的安全性和可靠性。
激光扫描热波无损检测技术在航空发动机涂层中的应用
【相关文献】
[1] 孙勇汉，张斌，陈礼顺.航空发动机涂层技术研究及进展[J].航空制造技术，2013，4.表面涂层技术在航空发动机上的应用[J].航空发动机，2004，30(4):38-40.
[3] XUE Y Q，KENNEDY D，MIHAYLOVE E. Electronic speckle pattern shearing interferometry for nondestructive testing of thermal sprayed alloy coating[J]. Proc. of SPIE, 2005,58(24):241-249.
图9 环形金属试件热波检测结果
图9(a)所示为含分层缺陷的涂层试件的检测结果，测量得到图9(a)所示缺陷水平方向的长度约为24.6 mm，热波图像中可看到的一个红色区域为脱黏区域，说明此区域无缺陷涂层和基体材料结合差，热阻抗大，热波信号发生反射而反射回表面，使得该区域表面温度较高，属隔热性缺陷。图9(b)所示为无缺陷涂层试件的检测结果，此时试件各点的热波在涂层内部正常传播，表面温度大体无差异。
1 检测基本原理
1.1 激光扫描热波成像基本原理
红外热波无损检测技术主动采用热激励源对材料表面进行加热，形成的热波向材料内部进行传播，材料内部的缺陷如裂纹、脱黏、损伤等会形成热阻而影响热波的传播，从而引起材料表面温度场的变化。利用红外热像仪记录材料表面的温度变化，从而可以检测到材料内部的缺陷信息。红外热波无损检测技术的必要条件是材料内部的温度梯度，而脉冲热激励则是产生这种温度梯度的有效方法[10]。脉冲热激励主要包括闪光灯和激光。
为了确认上述热波检测结论的正确性，对这两个试件进行了金相解剖以验证试验结果。对缺陷试件的涂层进行打磨，可以看到一个方形块状缺陷的存在，形状与热波图像完全吻合，如图10所示，涂层与基体存在长度约23.7 mm的分离，无底层涂层。对缺陷试件的该分层区域进行剖面形貌分析，可以清晰看到在涂层和基材结合部位有一个明显的裂隙，如图11(a)所示。同样对无缺陷试件进行了剖面形貌分析，如图11(b)所示，其涂层和基材结合部位界面光滑，没有任何裂隙存在。
红外热成像的原理与应用
红外热成像的原理与应用1. 红外热成像的基本原理红外热成像技术是一种通过测量物体本身所辐射的红外辐射来获取物体表面温度分布的非接触式测温技术。
其基本原理是根据物体的温度不同，会辐射不同强度的红外辐射，通过红外热成像仪捕获物体所辐射的红外辐射图像并进行处理，得到物体表面温度的分布图。
2. 红外热成像的工作原理红外热成像仪利用红外传感器接收物体所辐射的红外辐射能量，并通过电子元件将红外辐射转换为电信号，然后再经过信号处理和图像处理，最终将物体的红外辐射图像显示在显示屏上。
其工作原理主要有以下几个步骤：•步骤1：红外辐射接收红外热成像仪通过红外传感器接收物体所发出的红外辐射能量，不同温度的物体会辐射出不同强度的红外辐射。
•步骤2：辐射能量转换红外辐射能量通过光学系统传导到红外传感器上，红外传感器会将红外辐射能量转换为电信号。
•步骤3：信号处理红外热成像仪对传感器发出的电信号进行放大和滤波等处理，以提高信号质量。
•步骤4：图像处理通过图像处理算法，对处理后的信号进行处理，得到物体的红外辐射图像。
可以根据图像的灰度变化来判断物体表面的温度分布。
•步骤5：图像显示将物体的红外辐射图像显示在热成像仪的显示屏上，便于用户进行观察和分析。
3. 红外热成像的应用领域红外热成像技术在多个领域都有广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：•电力行业通过红外热成像技术可以快速、准确地检测电力设备和线路存在的异常问题，如过热、短路等，避免了因电力故障造成的人员伤亡和设备损坏。
•建筑行业在建筑行业，红外热成像技术可以用于检测建筑物中的热桥、漏水、隔热材料缺陷等问题，帮助人们提前发现隐患，避免不必要的损失。
•工业行业在工业领域，红外热成像技术可以用于设备的预防性维护，实时监测设备的温度分布，提前发现设备存在的问题，避免设备损坏和生产事故的发生。
•医疗行业在医疗领域，红外热成像技术可以用于辅助诊断疾病，如检测体表温度异常、血液供应不足等，帮助医生及时发现疾病并采取相应治疗措施。
红外成像技术在医疗检测中的应用
红外成像技术在医疗检测中的应用从古至今，人类一直致力于寻求更有效、更准确的医疗检测方法，以实现疾病的早期筛查和快速解决。
而随着科技的发展，红外成像技术作为一种先进的标准化医疗检测方法，应用范围越来越广，能够提供更高效、更准确、更便捷的医疗检测服务。
本文将就红外成像技术在医疗检测中的应用进行阐述。
一、红外成像技术的基本原理红外成像技术是一种通过红外辐射体表成像技术，该辐射可以与表面层次的分子间相互作用，排除了表皮、皮下脂肪、生命体液等一系列对热辐射波长不敏感物质的干扰，以达到更加准确的成像结果。
通过检测不同部位的红外辐射，得到人体的温度图像，从而找出疾病发生时人体特定区域的热反应差异。
进而确定问题区域，帮助病人快速找到疾病部位、做出更加恰当的治疗决策。
二、红外成像技术在医疗检测中的作用2.1 非侵入式的检测传统的医学检查要求按摩、揉捏、敲击、打压等方法，这样做不仅痛苦，而且不一定能够得到准确的检测结果。
而红外成像技术则不需要进行戳、扫描、捏、接触等武器。
只需拍摄人体温度并进行分析处理后，便可以大大减轻检测者的不适感，并且减少了疼痛，成为了新时期医学检测技术的主流。
2.2 更准确、更及时的检测结果红外成像技术可以透过测量段来发现和定位患病部位。
与其他成像技术相比，例如CT扫描和X射线，红外成像技术能够提供更快、更可靠的成像结果，并且没有辐射效应。
对于一些病人，利用红外成像技术可以尽可能地避免低质量的X射线检查，同时避免更加严重的疾病，是一种更加便捷、更加安全的诊断方法。
2.3 作为治疗过程中的补充红外成像技术现在也可以作为治疗过程中的补充来使用。
医生可以在使用其他医疗手段时，根据红外成像技术生成的热力图来通知针灸师或按摩师治疗区域，并设计个性化的治疗方案。
三、红外成像技术在医疗检测中的应用案例3.1 获得足部疾病的检测许多人在患有足部疾病时往往难以察觉，而早期发现就必须采取早期治疗措施。
红外成像技术可以检测出正常人和患有足部疾病的人的巨大差异，定位足部疾病并采取相应措施，可以有效预防和控制足部疾病的发病率。
红外成像技术在医疗设备中的应用
红外成像技术在医疗设备中的应用前言红外成像技术是近年来在医疗设备领域中逐渐应用的一种新型技术。
它能够在不接触人体表面的情况下，对人体内部进行高清晰的图像采集和分析，对医生诊断疾病、制定治疗方案提供了更为准确和实用的参考依据。
本文将详细阐述红外成像技术在医疗设备中的应用。
一、红外成像技术原理红外成像技术是利用红外光谱技术，对被测物体的红外辐射能进行检测，进而获得被测物体的高清晰度热像图，从而对被测物体进行更为精确的观测、诊断。
红外光谱波长一般在0.8至1000微米范围内，这个范围正适合热电探测器的应用。
二、红外成像技术在医疗设备中的应用2.1皮肤温度测量红外成像技术能够在不接触到肌肤的情况下，测量肌肤表面温度情况。
医生可以通过红外成像技术获得人体表面的热像图，从而可以更为准确地判断病人体内温度的变化，帮助医生准确诊断病情，采取合理治疗方案。
2.2动脉血管检测动脉内血流的速度、方向以及对流面积等都会对组织的应变、相对运动等产生影响，红外成像技术可以实时跟踪血流变化情况，对人体动脉血管起到诊断作用。
2.3乳腺癌检查乳腺癌是目前困扰女性身体健康的一个重要问题，而乳腺红外成像技术的应用，则为医生在进行乳腺癌的早期诊断中提供了可靠的技术支持。
乳腺红外成像技术通过检测人体的红外光波变化，对乳腺肿瘤进行检测和诊断，提高了患者的生活质量。
2.4全身疾病检测红外成像技术能够对身体的多个部位进行检测，通过分析人体不同部位的热像图，可以得出全身的健康状况。
这种技术不仅可以用于常规体检，也可以用于获得一些没有明显症状的疾病如颈椎病、肩周炎等的早期筛查。
三、红外成像技术在医疗设备中的优势3.1非接触性红外成像技术能够在不接触人体表面的情况下进行扫描，非常适合对婴儿、老年人和手术后患者等情况下进行体温测量。
3.2反映更为真实的情况通过稳定的红外成像技术能够直接反映出人体的热分布情况，而不仅仅是对表面温度的直接读数。
3.3准确性高红外成像技术具备极高的准确度，能够精确地检测人体温度的变化，从而在诊断的过程中起到极大的辅助作用。
红外线技术在热成像方面的应用
红外线技术在热成像方面的应用红外线技术是一种非接触式测温技术，与传统接触式测温方法相比，具有测温快速、准确性高、安全性强等优点，因此在热成像方面广泛应用。
本文将分别从红外线技术的测温原理、应用领域、优缺点三个方面介绍红外线技术在热成像方面的应用。
一、红外线技术的测温原理红外线技术是一种通过检测物体发出或反射的红外辐射来测量物体表面温度的技术，其原理基于物质对热辐射的吸收和反射特性。
物体表面的红外辐射是与物体表面温度直接相关的，当物体表面温度升高时，其发射的红外辐射也会随之增强。
使用红外线相机可以捕捉到微弱的红外辐射信号，并通过算法计算出物体表面的温度分布图。
二、红外线技术的应用领域红外线技术的应用领域非常广泛，其中热成像技术是其主要应用之一。
以下是热成像技术在不同领域的应用：1. 建筑领域在建筑领域，热成像技术可以用来检测建筑墙体、窗户、屋顶等部位的隐蔽缺陷，如漏水、渗水、漏热等。
通过对建筑物的热成像检测，可以及时发现和修复隐蔽缺陷，提高建筑物的能源利用效率。
2. 电力领域在电力领域，热成像技术主要应用于发电机、变压器、电缆等设备的故障诊断和维护。
通过对设备的热成像检测，可以准确发现并诊断其温升异常和故障。
3. 机械制造领域在机械制造领域，热成像技术主要用于机器设备、轴承、齿轮等部件的检测和维护，及时发现并修复设备的故障和异常，提高生产效率和设备寿命。
4. 医疗领域在医疗领域，热成像技术可以用来检测人体表面器官的温度分布，诊断患者是否存在疾病。
比如，对于肿瘤患者，热成像技术可以在早期发现其异常的温升情况，从而提高治疗效果。
三、红外线技术在热成像方面的优缺点红外线技术在热成像方面具有许多优点，但同时也存在一定的缺点。
1. 优点①非接触式测温：红外线技术可以在不接触物体的情况下，快速准确地测量物体表面的温度，无需暴露于有害的温度环境中，更符合安全、环保要求。
②画面直观：热成像技术可以直观地呈现出物体表面的温度分布和变化趋势，便于操作者分析和诊断异常情况。
红外成像技术在医学中的应用技术及应用
红外成像技术在医学中的应用技术及应用一、乳腺瘤的早期诊断红外热像仪引入医学领域，首先从检查乳腺开始。
对于健康的妇女，两侧乳房的热图是对称的，任何乳房热图的不对称性往往与疾病和细胞活性有关，更多地与肿瘤有关。
恶性肿瘤周围血管丰富，其温度大多高于正常组织。
研究表明，大多数乳腺癌的热图像具有明显的不对称性，患侧的乳房热图像呈明显的局域性热区，乳晕周围也明显出现高温。
二、血管疾病的诊断人的肢体温度主要由血液循环状态所决定，当存在血管病变时，血循环发生障碍，皮温降低。
如闭塞性脉管炎、动脉栓塞、动脉瘤等，通常表现为病变部位温度异常，用红外热像仪可清楚显示出病变部位及范围。
闭塞性脉管炎是一种慢性全身性疾病，多发生在下肢，更多见于趾端。
中小动脉内膜发生炎症，引起血栓，使动脉闭塞，病变部位血液循环障碍，皮温降低。
用热像仪很容易诊查出病变部位及范围，立体感强。
人为误差小。
特别是对早期脉管炎的诊断，由于其临床症状尚不十分明显，一般方法检查不出，但用热像仪，不但能显示出病变的存在，而且能看出各趾病变的程度和范围。
通过早期诊断和及时治疗，可避免肢体发生严重损害，如溃疡和坏死。
脑动脉病变的先期诊断对于防止脑血栓的出现十分有效。
颈动脉由颈部进入颅入，它供给同侧脑前部血液。
当血管中血栓形成使血管变窄时，对脑供血不足。
血栓碎裂向上流到小脑动脉分支停留下来。
引起脑血栓。
当颈动脉闭塞达到50%以上时，由于血循障碍前额皮肤的温度有0.5℃的变化，因此用热像技术诊断，可以在发生脑血栓之前进行手术。
动脉瘤大多是由外伤所致局部隆起。
由于动、静脉血具有一定的温差，所以在红外热图上显示出血管瘤的外形、大小及周围血管分布的状况。
三、皮肤损伤病症的诊断红外热图一般反映皮肤本身温度的分布，很自然，皮肤病症的诊断是热像仪应用的一个合适领域。
例如，用热像仪很容易查出皮肤冻伤面积，其准确性接近100%。
因为冻伤部位坏死，无血供应，其温度比周围皮肤明显低。
此外，皮肤烧伤的热像诊断也很有前途。
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激光扫描理论模型验证
线状连续激光束扫描试件表面温度场分布为：
∫ T (x, z,t) =
I
t
⋅
aπ
⋅ (1+
− d2
2e α (t−τ ) ) ⋅[erf
(
τv
+l
−
x
) − erf
(
τv
−l
−
x
)]dτ
8L ⋅l ⋅π k 0 t −τ
4a(t−τ )
4a(t−τ )
式中：I-激光器功率，ρ-密度，c-比热容，α-热扩散系数，v-激光扫
(a)理论曲线
(b)实验曲线
图7 ：碳钢试件表面双对数温度时间曲线
激光扫描红外热波成像技术
在无损检测中的应用
江海军1，陈力1 ，张淑仪2 (1. 南京诺威尔光电系统有限公司；2. 南京大学声学研究所) 介绍了一种基于激光扫描热波成像技术的新型红外无损检测设备，将该技术与传统的闪光灯热激励系统进行了比较。通过实验结果验证 了所建立的2-D理论模型，对几种具有不同涂覆层试件的实验结果验证了该项新技术的缺陷检测能力。
频图像采集两大关键技术。
激光扫描红外热波成像技术
■ 现象：采用激光扫描，热激励不是同时刻激励， 根据需要，可以采用延迟校正技术；
■ 试件：碳钢，试件背面有3排平底孔缺陷； ■ 速度：激光扫描速度为3cm/s; ■ 目的：使热信号与热激励的延迟一致。
(a)线性坐标
图8：碳钢试件背面光学图像
(b)双对数坐标 图5 试件表面温度时间曲线--不绣钢
描速度，l-激光半宽度，L-激光半长度，d-缺陷深度。
线状激光束
(a)第132帧红外图像
(b) 第296帧红外图像
(c) 延迟校正红外图像
图9： 激光扫描碳:钢试件表面红外图像
检测应用
有
机
涂
层
试
件
缺
陷
检
测
(a)有机涂层试件光学图像
(b)有机涂层试件红外图像
图10：有机涂层试件
缺陷尺寸：直径2mm，深度0.35mm缺陷；直径4m，深度0.9mm缺陷，直径6mm，深度1.4mm缺陷
特
种
涂
层
试
件
缺
陷
检
测
(a)特种涂层试件光学图像
(b)特种涂层试件红外图像
图11：特种涂层试件
缺陷尺寸：直径2-5mm，深度0.35-1.4mm
薄
膜
试
件
厚
度
检
测
(a)薄膜试件光学图像
(b)薄膜试件红外图像
图12： 薄膜试件 厚度大小：从左到右分别为300μm、250μm、200μm、150μm、100μm、50μm
结论
◆ 采用激光扫描红外热波成像创新技术； ◆ 实验曲线验证了激光扫描2-D理论模型的正确性； ◆ 实验验证激光扫描速度达到合适范围时，无缺陷区域试件件表面基本符
合一维热传导模型； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像技术的可行性； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像技术对缺陷检测能力； ◆ 验证了激光扫描红外热波成像设备的有效性。
引言
延迟校正技术
◆ 材料：金属、非金属、复合材料； ◆ 类型：可检测脱粘、裂纹、锈蚀、损伤等缺陷； ◆ 领域：航空航天、太阳能、风电、工业控制、交通运输、汽车制造等； ◆ 国内：在理论研究方面做出了很多重要工作，但自主研制的设备较少，
系统主要依靠进口； ◆ 国际：主流采用大功率闪光灯实现高能量短脉冲热激励； ◆ 创新：激光异步扫描热波成像技术，解决了高能量短脉冲热激励和高帧
线状激光束
图1：热激励红外热波成像技术原理图
3大关键技术
热激励技术 红外图像采集技术 红外图像处理技术
图2：激光扫描红外热波成像技术示意图
图3：试件表面温度随时间变化曲线图6：设备主 Nhomakorabea技术指标
★技术优势：
图4：激光扫描红外热波成像设备图
★技术特点：
■ 非接触、非破坏； ■ 可远距离检测； ■ 检测面积大； ■ 速度快； ■ 应用广，金属、非金属、复合材料 ■ 检测效率高； ■ 定量测量； ■ 图像显示，直观易懂。