红外热波
北京航空航天大学科技成果——红外热像(热波)无损检测技术
北京航空航天大学科技成果——红外热像（热波）无损检测技术项目简介采用主动热激励技术对物体进行热激励，如果物体内部存在缺陷或其它物理结构变化，热波的传播就会发生相应的变化，利用红外热像仪记录物体表面温度场的变化过程，并进行红外热像序列处理，就能提取出与内部缺陷或结构对应的特征信号，从而可对内部缺陷或物理特性进行定量的检测和诊断。
红外热像（热波）检测是以瞬态传热、弹性振动、红外光学、信号处理和图像处理等为基础的可视化定量无损检测技术，其应用场合贯穿于航空航天结构产品全过程全寿命周期的各个阶段和工序过程，从产品的设计、材料研究与制备、工艺研究与优化、结构件制造装配、整机服役和结构修理都离不开无损检测技术的支持和核心配套。
脉冲热像检测设备飞机雷达罩试件本项目研发的红外无损检测设备通过超声波、脉冲光源、连续光源等方式对被检测物体进行热激励，以红外热成像方式检测物体的内部缺陷，具有单次检测面积大、速度快、可单面检测、无需拆卸被检测部件、可在外场使用等优点，适合于多种形状固体材料结构内部裂纹、分层或脱粘缺陷检测。
其主要检测对象有：材料内部微裂纹，复合材料的分层、脱粘和撞击损伤，热障涂层和陶瓷部件上的微裂纹，管道内壁的裂纹和腐蚀坑，C/C复合材料上的裂纹，固体发动机绝热层脱粘，航天胶接结构脱粘，焊缝内部裂纹等多种材料内部缺陷。
技术描述本项目根据实际检测场景的特点，采取脉冲热像检测、调制热像检测（Lock-in）、阶跃热像检测、超声热像检测、脉冲相位热像检测、频率调制热像检测等多种不同的热激励形式，在被检测物体内形成热波，配合红外热成像设备及相应计算机数据处理算法，对零部件内部缺陷进行检测。
技术状态已经开发出台式、移动式和便携式三个系列，用于各类材料、结构内部缺陷的无损检测，如航空、航天碳纤维、玻璃纤维复合材料板壳结构的内部分层、脱粘、异物和撞击损伤，飞机装配时复合材料的钻孔分层，固体发动机绝热层和包覆层的脱粘，蜂窝结构和泡沫夹层结构的内部分层、脱粘、积水，飞机、无人机复合材料蒙皮与支承框之间的脱粘，铝蒙皮和金属板背面的腐蚀，热障涂层的脱粘，C/C复合材料的内部分层等。
红外热波技术在装甲装备故障诊断和缺陷检测中的应用
红外热波技术在装甲装备故障诊断和缺陷检测中的应用冯辅周;张超省;张丽霞;闵庆旭【摘要】针对装甲装备典型故障诊断操作复杂及缺陷检测效率低下等问题,将国外装备维修中广泛应用的红外热波技术引入到装甲装备维修过程中.简要介绍了红外热波技术的基本原理及特点,系统分析了信噪比和热激励2个因素对检测效果的影响,并成功实现了装备发动机动力不足的故障诊断和装甲板裂纹的缺陷检测.试验结果表明:该技术能够在不解体的情况下实现发动机动力不足故障的准确定位,同时能够在3.5s之内实现装甲车底板裂纹等缺陷的快速检测.%In order to reduce the operating complexity of fault diagnosis and improve the defecting efficiency of defect detection in armored equipments, the infrared thermal wave technology is introduced to armored equipments of PLA, which has been used widely in equipment maintenance in other countries. Firstly, this paper briefly depicted the basic principles and characteristics of infrared thermal wave. Then, two main factors including signal to noise ratio (SNR) and thermal excitation influencing the detection results were analyzed in detail. Finally, the experiments for fault diagnosis and defect detection were carried out. Experimental results show the engine power insufficiency can be positioned accurately without disassemble and the armored plate crack can be detected fast within 3. 5s by means of this method.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2012(033)005【总页数】5页(P827-831)【关键词】红外热波;装甲装备;故障诊断;缺陷检测【作者】冯辅周;张超省;张丽霞;闵庆旭【作者单位】装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072;装甲兵工程学院机械工程系,北京100072【正文语种】中文【中图分类】TN219;P206引言装甲装备是陆军大型战斗装备的主体，其故障的及时诊断和缺陷的快速检测是保证装甲装备战斗力的前提。
基于红外热波检测理论模型的红外热像数据拟合方法
０ 引 言
作 为一种新兴 的无 损检测手段 ， 红外热波 无 损检测 技 术近 年来 受到 了国 内外 的广 泛关 注 。
该 技 术 已 经 广 泛 应 用 于 航 空 航 天 、电力 、材 料 、
内部 不 同 深 度 处 的 热 学 性 质 ，因 此 对 热 波 图像
序 列进 行分 析 与处 理 是利 用热 波 无损 检 测技 术 进 行 缺 陷识别 和 定性 定 量分 析 的关键 环 节 。近
年 来 ，人 们 为 热 波 图 像 处 理 研 究 出 了 许 多 能 够
医学 和建 筑等无损检 测领 域。 中， 冲加热 法 其 脉
由 于 具 有 检 测 速 度 快 、面 积 大 和 频 率 范 围 广 等 特 点 应用 得 最 为 广 泛 。
降低 噪声 干扰 和增 强 缺 陷对 比度 的 处理 算法 ， 比如微分法 、 多项式拟合 法 ［ ２、 １ ］ 正则化 方法 、 －
合 效 果 的 情 况 下 ，该 模 型 的 参 数 较 少 ，具 有 更 高 的 热 像 存 储 和 压 缩 效 率 ，是 一 种 很 有
前途 的红 外热像 数据处 理方 法。
关 键 词 ：红 外 热 波 ；理 论 模 型 ；数 据 拟 合 中 图 分 类 号 ： Ｔ ９１７ Ｐ １．３ 文献标 识码 ： Ａ ＤＯＩ １． ６ ／．ｓ．６２８８ ． １． ．０ ： ０３ ９ｊｓｎ１７—７５２ ２０ ０７ ９ ｉ ０ ４
ＺＨＡＮＧ ｎ ＺＨＡＮＧ ｉ— ｕ Ｙｏ ｇ． Ｊｎ ｙ ．ＨＵＡＮＧ Ｊａ — ｉｎ ｉｎ ｘａ ｇ
ｆ ｅ ｔ ｎ ５ １ Ｔ ｌ ｅ ｏ ｄ Ａｒｉｅ； Ｅ ｇｎ （ ｉｇ ［ ￣ ｅｓｔ ， ’ ７ ０ ２ ， ｈ ｎ Ｊ Ｓ ｃ ｉ ０ ， ｉ Ｓ ｃ ｎ ｔ ｌｉ ｎ ｉｅ￣ｎ Ｔ ｉ ｒｉ Ｘｉ ｎ １ ０ ５ Ｃ ｉａ ｏ ｅ ｌ ｙ ｒ ｌｖ ｙ ａ
红外波的原理和应用
红外波的原理和应用1. 红外波的基本原理•红外波是一种电磁波，具有较长的波长和较低的频率。
•红外波是在可见光和微波之间的一种电磁辐射。
•红外波能够被物体吸收、反射和透过，具有热能传递的特性。
2. 红外波的传播途径•红外波通过辐射传播：热源释放红外波，空气中的分子和物体吸收并重新辐射出来。
•红外波通过传导传播：在物体中通过分子的振动和碰撞传播。
•红外波通过对流传播：空气流体的对流将红外热能传输到它所接触的其他物体上。
3. 红外波的应用领域3.1. 热成像技术•红外波可以被用于热成像技术，通过测量不同物体的红外辐射来显示物体的热分布情况。
•热成像技术在军事、医学、建筑和环境监测等领域有广泛应用。
3.2. 红外光电探测器•红外波可以被用于制作红外光电探测器，用于检测红外光。
•红外光电探测器广泛应用于安防、消防、夜视设备和无人机导航等领域。
3.3. 远程测温•红外波可以被用于远程测温，通过测量物体表面的红外辐射来计算物体的温度。
•远程测温广泛应用于工业设备维护、石油化工、食品加工和医疗诊断等领域。
3.4. 红外通信•红外波可以被用于红外通信，通过调制红外光信号来传输信息。
•红外通信广泛应用于遥控器、红外数据传输和无线耳机等领域。
3.5. 红外传感器•红外波可以被用于红外传感器，用于监测和测量周围环境中的物体或者人体的存在与活动。
•红外传感器广泛应用于智能家居、自动化控制和安防领域。
4. 红外波的优势和局限性4.1. 优势•红外波透过浓雾、雾霾和烟雾的能力强，能够在恶劣环境下工作。
•红外波相对较低的频率，可以穿透一些物体，用于探测隐藏的物体和障碍物。
•红外波的能量较低，对大多数物体没有伤害性，可用于人体、动物和植物的热成像和测温。
4.2. 局限性•红外波的传播受到大气吸收和散射的影响，传输距离相对较短。
•红外波不能穿透金属和一些其他材料，限制了一些应用场景。
•红外波无法直接观察，需要使用特殊的设备来接收和处理红外信号。
红外波的应用及原理
红外波的应用及原理1. 什么是红外波红外波属于电磁波的一种，其波长范围为0.75-1000微米，位于可见光波和微波之间。
由于人眼无法直接感知红外波，因此也被称为“无色光”。
红外波可以在空气中传播，同时可以穿透很多物质，因此在很多领域中得到广泛的应用。
2. 红外波的原理红外波是由物体分子、原子、离子的振动和转动引起的电磁辐射。
物体的温度越高，其分子、原子和离子的振动和转动速度越快，辐射的红外波也会越强。
根据热辐射定律，物体的辐射强度与其表面温度的四次方成正比。
利用这个原理，可以通过测量红外波辐射强度来推断物体的温度。
3. 红外波的应用红外波在很多领域中得到广泛的应用，以下是几个常见的应用领域：3.1 热成像热成像是一种通过测量物体辐射的红外波来生成热图像的技术。
利用红外相机可以将红外波转换为可见图像，通过不同颜色的分布来表示物体的温度分布情况。
热成像技术在安防、建筑、医学等领域中得到广泛应用。
例如，它可以用于监控系统中的人体检测、火焰监测以及建筑物的热损失检测等。
3.2 红外通信红外通信是一种利用红外波进行数据传输的技术。
由于红外波在大气中的传播衰减较快，因此红外通信通常用于近距离的无线数据传输。
例如，我们使用遥控器控制电视、空调等家电设备时，就是利用了红外通信技术。
3.3 红外传感器红外传感器是一种利用红外波来感知周围环境的装置。
它可以通过测量红外波的强度和频率来检测物体的存在、距离和运动方向等。
红外传感器广泛应用于安全系统、自动化控制以及人体检测等领域。
例如，红外传感器可以用于人体感应灯、自动门等设备中，实现自动化控制。
3.4 热成像医学应用热成像在医学领域中也有广泛的应用。
通过测量人体表面的红外波辐射，可以推断人体内部的温度分布情况，从而发现患有疾病的部位。
热成像技术在早期乳腺癌的诊断、体温监测等方面有着重要的作用。
4. 总结红外波作为一种无法被人眼感知的电磁波，具有穿透性强、温度测量准确等优势，在热成像、无线通信、传感器技术等领域都有广泛的应用。
起重机金属结构焊缝表面裂纹红外热波检测仿真研究
第 ｌ期
刘慧龙 ， 等： 起 重 机 金 属 结 构 焊 缝 表 面 裂 纹 红 外 热 波 检 测 仿 真 研 究
・１ ５ ３・
面 向内部传 递 ， 对 于无缺 陷 的均匀 试样 ， 其 表面 的 温 度场 是 均匀分 布 的 ； 若 焊缝 表 面有 裂纹缺 陷 ， 由
度 分布 情况 ．
Байду номын сангаас
本文 建立 了金 属结 构焊 缝表 面裂 纹 的数值 模
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３ － １ ０ — １ ０
刘慧龙（ １ ９ ８ ８ 一） ： 男， 硕 士生， 主要 研 究 领 域 为机 械 故 障诊 断 与 状 态 监 测
交 通 运输 部 西 部 交 通 建 设 科 技 项 目资 助 （ 批准号 ： ２ ０ １ １ Ｚ Ｂ １ ８ ）
２ ． １ 有 限 元 模 型
于裂纹 处 的空气 热 传导 率远 小于 周 围金属 的热 传 导率 ， 将 导 致热 量在 缺 陷处传 导受 阻 ， 形成 局部 热
运行 ， 往往 会导 致很 严重 的后 果．
信息 ． 为 进一 步研 究 焊 缝 表 面 裂 纹 的识 别 与 图像
处 理方 法提供 了一定 的理论 依据 ．
１ 金 属 结 构 焊 缝 红 外 热 波 检 测 原 理
红 外热 波无 损检测 技 术 的基本 原理 是 电磁辐 射 和热 传导 理论 ． 由电磁辐 射理 论可 知 ， 一切 温度 高 于热 力学 湿度 零度 的物 体都要 向外界 发 出热辐 射． 辐 射 的总 能量 可 由斯 蒂芬一 波 尔兹 曼定 律 表述
为 ：
ｗ — Ｗ 一 ａ Ｔ （ １ ）
传统 的无 损检 测 方 法 检 测 规范 清 晰 ， 但 检测 效率 低 、 检 测焊 缝 长度 比例严 重不 足 ， 无 法 实现 快 速全 面检测 ． 红 外 热 像 检测 是 近几 年 来 发 展 起 来 的一 种新 型无 损检 测方 法 ， 具 有快 速 、 准确 、 直观、 检 测 范 围大 、 操 作安 全等 优点 ， 受 到 了国 内外学 者 的广 泛关 注与 研 究． 红 外 热 像 检测 无 损 检 测 技 术 主要 集 中在激 励 源 、 激 励 方 式 以及 缺 陷 的识 别 方 法等 研究 上 ， 金 属 结 构 焊 缝 裂 纹检 测 属 于 主动 式 红外 检测 ， 热 源大 小 、 激 励方 式和 记 录时 间对检 测 结果 影 响明显 ， 所以， 选 择合 适 的热源 和记 录 时间
红外热波无损检测-__
次变化如图所示。此时图像使缺陷的轮 廓更见清晰。
5．讨论
早晚与深度、孔径都有关。 本实验用红外热波无损检测技术
对碳纤维层压板进行检测，可以看出该 技术能以直观易懂的图像形式展现出 被检材料内部的缺陷情况。原始图像和 一阶微分图像能较清楚的显现出轮廓 及温度变化过程，还可做缺陷尺寸标定 及深度测量。但由于热图对材料非均匀 性的敏感，也可能会对某些试件缺陷造 成误判。需要针对不同的材料设计实验 最佳条件，多次对比实验，进一步的研 究还可实现精确温度定标，缺陷智能化 判读等。
（1）
方程（1）式中α ＝ κ ρc ，称为材料的
热扩散系数，其中κ为热导率，ρ为密 度，c 为比热容。α 值越大，通过物体 的热扩散越快[3]。
本实验采用平面脉冲热源，按一
维 理 想 情 况 下 f (x,t) = δ (x)δ (t) (2)
则方程改写为
∂2T (x,t) − 1 ∂T (x,t) = − q δ (x)δ (t) (3)
空气
1. 2046×10 - 3
1.003
3.01×10-2
2.49×10-3
实验中热源与试件距离为 38cm，
红外热像仪在距试件 42cm 处单向采集
热图像。实验采用 4.8kJ 的热量，帧频
为 60 帧/秒，时间为 15 秒。
脉冲加热后得到的热图像序列，缺
陷 在 不 同 时 刻 逐 一 显 现 出 来 。 其 中 图 2 试件表面热变化时序典型热图
d 处，表面测量温差在 t = 2d 2 时达到最 α
大。由此可进行图像的一阶微分处理， 缺陷处灰度会由浅到深变化，即出现对 比冷却曲线与参考区域温度的斜率差 变化，见图 1。B 点即对应温差最大时 刻，此时 d 2 = tα 得到缺陷所在的深度。
红外波的应用及原理是什么
红外波的应用及原理是什么1. 引言红外波是指波长范围在红光和微波之间的电磁波。
它在科学研究、工业应用、医疗诊断和安防监控等领域发挥着重要作用。
本文将介绍红外波的应用领域，并说明其基本原理。
2. 红外波的应用红外波在很多领域都有广泛的应用，以下列举几个主要的应用领域：2.1 热成像技术热成像技术是红外波最常见的应用之一。
它通过检测物体的热量辐射，生成热图来分析和诊断物体的状况。
热成像技术广泛应用于电力线路、建筑维护、工业设备检测等领域。
它可以帮助快速发现故障、提前进行预测维修，大幅提高工作效率。
2.2 红外摄像技术红外摄像技术利用红外波的特性，通过红外相机捕捉红外图像。
这种技术在夜视、安防监控、火灾检测等领域应用广泛。
红外摄像技术的优势在于可以在低光照条件下拍摄清晰的图像，并且能够穿透烟雾、雾霾等障碍物，提高安全性和监控效果。
2.3 红外遥感技术红外遥感技术利用红外波的反射、吸收和散射特性，获取地球表面的红外信息。
它可以用于农业监测、环境监测、气象预报等领域。
通过红外遥感技术，可以实时监测农作物的健康程度、地表温度分布、气象变化等信息，为农业生产和环境保护提供参考。
2.4 红外通信技术红外通信技术利用红外波的高频率和短波长特性，实现无线通信。
它在电视遥控器、智能手机、红外线传感器等设备中应用广泛。
红外通信技术不受电磁干扰和电波穿透性的限制，具有快速、不受限距离和安全性好的特点。
2.5 红外光谱分析技术红外光谱分析技术利用物质对红外波的吸收特性，来分析物质的组成和结构。
这种技术在化学、医药、食品安全等领域应用广泛。
通过红外光谱分析技术，可以快速准确地鉴别物质的成分，用于品质检测、病原体检测和质量控制等方面。
3. 红外波的原理红外波的产生和传播基于其特定的波长和频率。
红外波是由物体的热量辐射产生的，其波长范围通常在0.75微米到1000微米之间。
红外波可以通过空气、水分子和某些物体透过，但会被大气中的二氧化碳、水蒸气和其他气体吸收。
红外波的物理特性及应用实验总结
红外波的物理特性及应用实验总结红外波是电磁波谱中的一部分，具有特殊的物理特性和广泛的应用。
首先，红外波的波长范围介于可见光波和微波之间，一般为0.7微米到1000微米。
红外波的振动频率和物体的分子振动频率非常接近，因此红外波具有良好的穿透性，可以穿透透明物质，如空气、玻璃等。
但它不同于可见光波，能够穿透一些常见的不透明物质，如塑料、纸张、皮肤等，因为这些物质对红外波有不同程度的吸收。
其次，红外波利用电磁辐射的特性进行传播。
不同于可见光波，它的波长更长，能够被物体吸收、反射、折射和散射。
物体吸收红外波的能力取决于物体的材质、温度和形状。
由于红外波能被物质吸收，因此可以通过测量物质对红外波的吸收程度，来获取物质本身的信息。
这也是红外光谱技术的基础，可以用于材料、生物和化学分析等方面。
红外波的应用非常广泛。
首先，红外传感技术被广泛应用于军事领域，如红外夜视仪、红外热成像仪等。
这些设备可以通过检测物体辐射出的红外波，来实现在黑暗环境下的观察和目标的追踪。
其次，红外辐射被广泛应用于医疗领域，如红外热疗、红外医疗仪器等。
红外波可以穿透人体组织，可以用于治疗关节炎、减轻疼痛等。
此外，红外光谱技术在化学分析、环境监测、食品安全等领域也有重要应用。
实验中，我们可以通过红外光谱仪测定样品的红外光谱图，来获取样品的化学结构和组成。
实验步骤如下：1. 准备样品，通常为固体或液体。
2. 将样品放置在红外光谱仪的样品室中，确保样品与光谱仪之间没有气体的干扰。
3. 开始测量，光谱仪会向样品发射红外光，样品会吸收部分红外光。
4. 通过检测红外波的强度变化，绘制出样品的红外光谱图。
5. 分析红外光谱图，可以得出样品中化学键、官能团等的信息。
通过红外光谱实验，我们可以了解不同物质的化学结构和组成，有助于进行物质鉴定和质量控制。
此外，红外光谱技术还可以用于检测空气中的污染物、快速确定食品中的添加物、定量分析药物中的成分等。
总之，红外波具有良好的穿透性、被物质吸收的能力和广泛的应用。
有机防腐涂层质量的红外热波无损检测
红外热 波无 损检测 的基 本原 理是对 检测 材料 进
可视为一常数 ， 值越大 的物体对外界热环境 的改
变 反应越 快 。ｔ 可从 缺 陷 区域 的温 度 一时 间 图 上得
到 ］ ¨ 。
行 主 动加热 ， 用被检 材料 内部 热学性 质差 异 ， 传 利 热
导 的不连续反映在物体表 面温度的差别上 ， 使物体
求 ， 用 红外热 波无损 检测 技 术 对 有机 防腐 涂 层 质量 进 行检 测 ， 利 并对 实验 结 果进 行 了初 步 分 析 ， 究结果表 明， 技术 可有 效检 测有机 防腐 涂层 的脱粘 和孔 隙等缺 陷。 研 该 关键 词 ： 有机 涂层 ； 红外热 波 ； 无损检 测
中图分类 号 ： Ｇ １ Ｔ １５ 文献 标识 码 ： Ａ Ｄ ：０ ３ ６ ／．ｓｎ １０ － ７ ．０ ２ ０ ． １ ＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉ ． ０ １ ０ ８ ２ １ ．５ ０ ０ ｓ ５
（ ｒｄ ａ ｃｏｌ ｆ ｏ ｈ ｅｔ ｕｌ ｒ ｅｈｏｏｙ Ｘ ｎ７ ０ ２ ，ｈｎ ） Ｇａ ｕｔ Ｓｈ ｏ ｏ ｒ ｗ ｓ Ｎ ｃ ａ ｃｎｌ ， ｉ １０ ４ Ｃ ｉａ ｅ Ｎｔ ｅ Ｔ ｇ ａ
Ａｂ ｔａ ｔ Ｐ ｎ ｉｌ ｏ ｏ ｄ ｓ ｕ ｔ ｅ ｅｔ ｇ（ Ｄ ）ｅ ｈ ｏ ｇ ｔ ｄ ｃ ｄ Ｔ ｓ ｔｅｑ ａｉ ｆｈ ｎ －Ｏ Ｏ ｓｒ ｃ ： ｒ ｃｐ ｆ Ｒ Ｎ ｎ ｅｔ ｃｉ ｓ ｎ Ｎ Ｔ ｔｃ ｎ ｌ ｉ ｉ ｒ ｕ ｅ ． ｏ ｅｔ ｈ ｕ ｌｙｏ ｅａ ｔ Ｃ １ — ｉ ｅ Ｉ ｒ ｖＴ ｉ ｏ ｓｎｏ ｙ ｔ ｔ ｔ ｉ Ｔ
表 面 的局部 区域 产 生温 度 梯 度 ， 面 红外 辐 射 能 力 表
发生差异 ， 再借助红外热像仪探测被检试件 的辐射
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红外热波无损检测技术在复合材料检测方面的应用
邓淑萍 郑海平 姜照汉 西安非金属材料材料研究所
杨玉孝 西安交通大学
摘 要： 本文阐述了红外热波无损检测技术的基本原理和特点，介绍了国内外相关技术研究的
发展现状，以及在非金属复合材料上检测应用的实例。
关键词： 红外热波；复合材料
1 引言
由于复合材料具有高强度、高弹性模量、低热膨胀系数和高导热性等优良性能，现已在航
天航空领域获得了广泛的应用，但是，由于复合材料制造过程复杂，在制作成型过程中受设备、
环境、人员及原材料等因素的影响，在产品内部易产生空穴、裂纹、分层、多孔等缺陷，对产品
的质量和安全性能影响极大，因此，对产品的检测尤为重要。
用于复合材料无损检测的方法主要有射线、超声、磁粉、渗透、涡流、激光全息及红外无
损检测技术等，超声、射线检测技术应用最多，但受检测原理影响，射线检测成本高、周期长，
不适于现场在线检测，对小分层、脱粘紧贴型缺陷无法检测；超声检测需要逐点扫描、检测效率
低，对小、薄及结构复杂的工件检测困难，对复合构件中的脱粘紧贴型缺陷也无法检测；磁粉法
只限于铁磁性材料，定量检测缺陷深度较为困难；渗透法检测程序复杂，只能检测表面开口缺陷，
不能检测表面多孔性材料；涡流法对工件边缘效应敏感，易给出虚假显示；激光全息检测需暗室
防震操作，检测效率低；红外无损检测技术作为复合材料结构件的一种无损检测新方法，具有快
速、直观、准确、非接触的特点，对于提高复合材料构件的研制与防护质量，减少或避免重大事
故的发生，具有重要的科学意义和应用价值。
2 红外热波无损检测原理及特点
红外热波无损检测技术是近年来复合材料无损检测领域发展迅速的一种新方法，与常规的
超声、射线等检测技术相比，该项检测技术具有非接触、全场、大面积、快速、直观、易实现检
测自动化等优点，采用专用软件对获得的红外图像信息处理后，可直接识别缺陷位置坐标，除此
之外，检测时对周围环境没有特殊要求，设备轻便、可移动，特别适合现场应用和在线、在役检
测，国外已经用于金属和非金属材料及其复合结构件的无损检测。
红外热成像技术理论及应用的研究重点是研究热源，产品被加热后，材料内部的缺陷改变复
合材料局部的热性能，导致材料表面温度场的变化，通过材料表面的温度图谱即可判定缺陷，采
2
用专用软件进行实时图像信号处理，显示出检测结果，从而达到检测目的。如图1所示。
图1 红外热波无损检测原理图
红外热成像技术就是把物体辐射或反射的红外波段图像转换成可见光波段人眼可观察图象
的技术。根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，红外辐射的强度（单位面积向半球方向发射的全波长辐射功
率）可表示为：
4
TW
式中：-- 灰体发射系数，-- 斯蒂芬-玻尔兹曼常数（5.66x10-8 Wm-2 K – 4）
T
-- 绝对温度
在复合材料制造过程中，因制造工艺不合理使固体复合材料中产生缺陷时，缺陷尺寸相对于
物体整个表面而言所占比例很小，所以，均匀加热缺陷部位时，为了使问题简化，缺陷附近区域
的热传导可以用固体一维热传导（沿板厚方向）模型代替，如图2所示。
图2 复合结构件缺陷一维热传导模型
根据固体热传导方程，简化后缺陷部位的一维热传导方程为：
缺陷
胶层
3
TktTc2
式中：— 密度，c— 比热，k— 热传导系数，
— laplace算子，T — 温度，t — 时间
如果复合结构件内存在缺陷，采用适当的热加载方式加热构件表面时，热波在构件内部传播，
并在其内部扩散，由于试件内部存在着裂纹、气孔、分层等缺陷，这将引起试件的热传导、热容
量等性能的改变，经过一定的时间，由于热流被缺陷阻挡，就会在缺陷附近发生热量堆积，而这
些热量的堆积必定会以不同的温度分部反映出来，使得有缺陷区域的表面温度不同于没有缺陷区
域对应的表面的温度，当用红外探测器扫描或观察试件表面时，红外热像仪就可以测定工件表面
的温度分布状况，在试件加热或冷却过程中探测出物体表面温度变化的差异，进而判明缺陷的存
在及其大小。
3 国内外发展概况
目前国外红外热波无损检测技术的应用研究以美国较为领先，其次是瑞典、加拿大、英国
和日本，主要应用于航空航天领域金属、陶瓷、橡胶等和发动机金属喷管胶接质量的检验。美国
GE、GM、 波音、福特、洛克西德、西屋、NASA及海军等已广泛应用,美国、俄罗斯、法国、加拿
大等国己把红外热波检测技术广泛应用于飞机复合材料构件内部缺陷及胶接质量检测、蒙皮铆接
质量检测。美国空间动力系统 GDSS 从 1992 年起就用该技术对 Atlas 空间发射舱复合材料的
脱粘缺陷和A3火箭进行检测，目前红外无损检测已经正式应用于生产检测。美国的无损检测协
会负责编写、2001年出版的无损检测手册中，红外热像无损检测分册里有大量的篇幅论述红外热
波无损检测技术在航空航天领域的应用。美国韦恩州立大学的工业制造研究所在该技术领域的研
究上一直得到美国政府机构和许多大公司科研基金的支持，处在该领域研究的最前沿，取得了很
多实际的研究成果。在FAA 1998， 1999和2000年飞机机身无损探伤技术竞标中，此技术击败
包括X射线、超声波、暗电流检测等多项技术而唯一胜出。并逐渐被NASA、美国空军和海军、波
音、洛克希德.各大汽车公司及各大航空公司等许多知名大公司所采用。自20世纪90年代中期
以来.这些政府机构和大公司纷纷设立了红外热波无损检测实验室，用于研究解决各自独特的无
损检测问题。
目前国内红外热波无损检测技术尚处于试验研究阶段，国内科研单位在金属、金属与非金
属复合结构中缺陷的红外无损检测与评价方面也进行了卓有成效的研究工作，如西安交大、北方
交大、东南、天大、清华、621所、205所等，应用领域涉及电力、机车、医学、集成电路等热
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故障缺陷的检测和航空航天领域铝蜂窝结构、多层材料复合结构的分层、脱粘、裂缝等缺陷检测。
如火箭发动机的机体、火箭壳体、航空发动机喷管、涡轮叶片以及飞机蜂窝状结构等部件。2003
年该项技术的应用研究列入国家863计划，同时得到211工程支持，北京首都师范大学、北京航
空航天大学、北京航空材料研究院等单位进行了一些典型试件的应用试验，并获得了一些初步的
实验结果。但由于是试验研究项目，专用检测设备的开发应用尚处于实验室阶段，目前国内还无
红外热相仪的专业生产厂家，主要依靠引进红外热相仪进行相关技术研究工作。
4 应用实例
4.1 红外热波无损检测系统
本次红外热波检测试验使用的红外检测仪器为美国TMFLIR ThermaCAMP30便携式非制
冷型红外热像仪，采用热加载方式为：（1）远红外均匀加热，冷却过程中检测；（2）大风口、小
温度梯度热气流局部瞬态加热，在加热、冷却过程中检测；（3）小风口、大温度梯度局部瞬态加
热，在加热、冷却过程中检测。在以上加热方式中均采用同侧加热、反射红外热波检测和异侧加
热、透射红外热波检测，从而对加热方式和检测效果进行评价。
4.2 检测试件（3mm高硅氧板+3mm碳纤维板），如图3所示。
图 3 检测试件实物照片
4.3 检测结果
通过对检测试件进行不同加载方式、不同加载温度梯度和不同加热源加热等大量实验研
究，并对实验结果进行总结分析，得到如图4的检测结果。
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图4 红外热波检测试验图
4.4 外热波成像检测方法研究结果与分析
红外热波无损检测技术能够用于复合材料的无损检测，检测设备轻便，对检测环境无特殊
要求，检测结果直观，标准配置的红外热像仪能够检测出复合材料内部的Φ10mm分层、气孔等缺
陷，如果要提高检测的灵敏度，需要改进现有热像仪配置，采用配置高空间分辨率镜头、可以实
时记录热像图的热像仪，而且要采用适合的热加载技术，以及后续热图像信息处理技术。
5 结语
红外热波无损检测技术可以应用于多种材料、结构的产品检测，该项技术的应用可以为工
艺分析提供参考信息，可用于产品设计、加工制造、成品检测等各个方面。但是该方法对结构复
杂的产品需要高效的数学计算模型；受加热设备的限制检测深度还不够深；对缺陷的分辨率不够
高，不及超声C扫描；用于某些金属检测时，外表面需进行抗反射处理。