專利名稱：基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無損探傷檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種紅外熱波技術(shù)，利用脈沖紅外熱波技術(shù)測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)厚度的方法。
背景技術(shù)：
脈沖紅外熱波無損檢測技術(shù)是二十世紀(jì)九十年代后發(fā)展起來的一種無損檢測技術(shù)。此方法以熱波理論為理論依據(jù)，通過主動對被檢測物體施加脈沖熱激勵、并采用紅外熱像儀連續(xù)觀察和記錄物體表面的溫場變化，并通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)及圖像信息處理技術(shù)進(jìn)行時(shí)序熱波信號的探測、采集、數(shù)據(jù)處理和分析，以實(shí)現(xiàn)對物體內(nèi)部缺陷或損傷的 定量診斷。缺陷深度測量是脈沖紅外熱波無損檢測技術(shù)定量測量的一個重要應(yīng)用，通常所指的缺陷深度測量是對單層介質(zhì)或者多層介質(zhì)的第一層介質(zhì)厚度進(jìn)行測量，一般都是通過獲得溫度時(shí)間曲線中的某特征時(shí)間進(jìn)行計(jì)算。但是在紅外熱波技術(shù)的某些應(yīng)用中，需要測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)的厚度，比如，蜂窩結(jié)構(gòu)積水量的測量，目前，在紅外熱波技術(shù)領(lǐng)域還沒有相關(guān)報(bào)道可以解決該問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，以解決背景技術(shù)中存在的無法利用紅外熱波技術(shù)測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)的厚度的技術(shù)問題。為此，本發(fā)明的一種基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，用于測量被測試件第二層介質(zhì)厚度，包括如下步驟a、制作標(biāo)準(zhǔn)試件，該標(biāo)準(zhǔn)試件雙層結(jié)構(gòu)的材料與被測試件雙層結(jié)構(gòu)的材料均相同，標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)厚度與被測試件第一層介質(zhì)厚度相同，標(biāo)準(zhǔn)試件第二層介質(zhì)具有多個不同厚度d,且均已知，以最厚的為參考厚度；b、使用脈沖紅外加熱裝置對標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)表面進(jìn)行加熱，同時(shí)使用紅外熱像儀獲得標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)表面的熱圖序列，并將該熱圖序列存儲在通用存儲器中；C、對測得的熱圖序列的熱波降溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，不同厚度熱波降溫?cái)?shù)據(jù)減去參考厚度熱波降溫?cái)?shù)據(jù)，從而獲得相對溫差數(shù)據(jù)；d、對所獲得的各個不同厚度相對溫差數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)時(shí)刻的平方根，并對得到的結(jié)果繪制曲線，該曲線橫坐標(biāo)為時(shí)間t，縱坐標(biāo)為得到的結(jié)果，記為f (t)曲線；e、令各個f(t)曲線的取值均等于Vtl，其中Vtl取自能使不同f(t)曲線對應(yīng)不同h值的數(shù)據(jù)范圍，得出各f(t)曲線上與該Vtl對應(yīng)的時(shí)刻h作為特征時(shí)刻； f、分析特征時(shí)刻h與已知第二層介質(zhì)厚度的平方d2的線性關(guān)系曲線，確定能夠保持線性上升關(guān)系的最大厚度dT，并以屯對應(yīng)時(shí)刻作為特征時(shí)刻的閾值，記為tT，確定所選的各不同Vtl值中h-d2線性關(guān)系最好的為最終Vtl值，并以其對應(yīng)時(shí)間作為最終的特征時(shí)刻h ；g、繪制不同厚度下，最終的特征時(shí)刻h與已知厚度平方d2的線性關(guān)系曲線，得到標(biāo)定的tfd2曲線；h、將步驟b、C、d中的標(biāo)準(zhǔn)試件替換為被測試件，得到被測試件的f⑴曲線，令被測試件的f⑴取值為最終Vtl值，得到被測試件的h值，當(dāng)被測試件的h大于tT時(shí)，其第二層介質(zhì)厚度簡單認(rèn)為大于dT ；i、當(dāng)被測試件的h小于等于tT時(shí)，根據(jù)標(biāo)定的t^d2曲線，得到被測試件的h值對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。其中，所述步驟i中由被測試件的h值，在標(biāo)定的tfd2曲線上查出對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。其中，所述步驟i中先計(jì)算出標(biāo)定的t^d2曲線的方程，再由被測試件的h值，計(jì) 算出對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。其中，所述步驟b中的脈沖紅外加熱裝置是高能閃光燈。本發(fā)明采用紅外熱波技術(shù)測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)的厚度，主要針對于類似于飛機(jī)中蜂窩結(jié)構(gòu)積水量的測量，能很好的滿足該類應(yīng)用需求。


圖I為雙層結(jié)構(gòu)熱波傳導(dǎo)路線示意圖；圖2為公式(8)所對應(yīng)模擬曲線；圖3為公式(6)對應(yīng)的不同厚度時(shí)的f(t)曲線；圖4為脈沖紅外熱波設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為不銹鋼試件平底洞內(nèi)注入不同水量時(shí)對應(yīng)f(t)曲線；圖6為特征時(shí)間tfd2水量深度平方曲線(第一層介質(zhì)為不銹鋼)。附圖標(biāo)記說明高能閃光燈-I ;被測物體-2 ;紅外熱像儀-3 ;計(jì)算機(jī)_4。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明的形狀、構(gòu)造以及特點(diǎn)能夠更好地被理解，以下將列舉較佳實(shí)施例并結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說明。針對上述問題，本發(fā)明提供一種新的測量方法，利用脈沖紅外熱波技術(shù)測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)厚度，其原理如下本發(fā)明的理論基礎(chǔ)是基于脈沖平面熱源激勵下的一維熱傳導(dǎo)方程求解問題，對半無窮大均勻介質(zhì)，受平行于介質(zhì)表面的均勻脈沖熱源作用時(shí)，熱傳導(dǎo)方程可簡化為
S2T(Xj) cT(xJ)k~—--pc~~ = -qS(t)S(x) x=0
CXdΛ,、
(I)其中，T(x，t)是t時(shí)刻X處的溫度，qS⑴δ (χ)是脈沖熱源函數(shù)，q為常數(shù)，是在單位面積上施加的熱量，k(W/m*K)是熱傳導(dǎo)率。密度P (kg/m3)與比熱c的乘積是介質(zhì)材料的體熱容。熱擴(kuò)散系數(shù)為a =k/(pc)。對某一特定介質(zhì)，一般情況下α可視為常數(shù)。為了測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)的厚度，圖I畫出了雙層結(jié)構(gòu)熱波傳播示意圖，脈沖熱源作用在雙層介質(zhì)的第一層表面。該圖中分I和II區(qū)，在I區(qū)中，第二層介質(zhì)厚度較厚，可假設(shè)為無限厚，其熱波反射可忽略，其對應(yīng)表面熱傳導(dǎo)方程的解為
權(quán)利要求
1. 一種基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，用于測量被測試件第二層介質(zhì)厚度，其特征在于，包括如下步驟 a、制作標(biāo)準(zhǔn)試件，該標(biāo)準(zhǔn)試件雙層結(jié)構(gòu)的材料與被測試件雙層結(jié)構(gòu)的材料均相同，標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)厚度與被測試件第一層介質(zhì)厚度相同，標(biāo)準(zhǔn)試件第二層介質(zhì)具有多個不同厚度d,且均已知，以最厚的為參考厚度； b、使用脈沖紅外加熱裝置對標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)表面進(jìn)行加熱，同時(shí)使用紅外熱像儀獲得標(biāo)準(zhǔn)試件第一層介質(zhì)表面的熱圖序列； C、對測得的熱圖序列的熱波降溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化，不同厚度熱波降溫?cái)?shù)據(jù)減去參考厚度熱波降溫?cái)?shù)據(jù)，從而獲得相對溫差數(shù)據(jù)； d、對所獲得的各個不同厚度相對溫差數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)時(shí)刻的平方根，并對得到的結(jié)果繪制曲線，該曲線橫坐標(biāo)為時(shí)間t，縱坐標(biāo)為得到的結(jié)果，記為f (t)曲線； e、令各個f(t)曲線的取值均等于Vci,其中Vci取自能使不同f(t)曲線對應(yīng)不同h值的數(shù)據(jù)范圍，得出各f (t)曲線上與該Vtl對應(yīng)的時(shí)刻h作為特征時(shí)刻； f、分析特征時(shí)刻h與已知第二層介質(zhì)厚度的平方d2的線性關(guān)系曲線，確定能夠保持線性上升關(guān)系的最大厚度dT，并以屯對應(yīng)時(shí)刻作為特征時(shí)刻的閾值，記為tT，確定所選的各不同Vtl值中tfd2線性關(guān)系最好的為最終Vtl值，并以其對應(yīng)時(shí)間作為最終的特征時(shí)刻h ； g、繪制不同厚度下，最終的特征時(shí)刻h與已知厚度平方d2的線性關(guān)系曲線，得到標(biāo)定的tQ-d2曲線； h、將步驟b、c、d中的標(biāo)準(zhǔn)試件替換為被測試件，得到被測試件的f(t)曲線，令被測試件的f (t)取值為最終Vtl值，得到被測試件的h值，當(dāng)被測試件的h大于tT時(shí)，其第二層介質(zhì)厚度簡單認(rèn)為大于dT ； i、當(dāng)被測試件的h小于等于tT時(shí)，根據(jù)標(biāo)定的tfd2曲線，得到被測試件的h值對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。
2.如權(quán)利要求I所述的基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，其特征在于，所述步驟i中由被測試件的h值，在標(biāo)定的tfd2曲線上查出對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。
3.如權(quán)利要求I所述的基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，其特征在于，所述步驟i中先計(jì)算出標(biāo)定的h-d2曲線的方程，再由被測試件的h值，計(jì)算出對應(yīng)的d2值，從而得到被測試件的第二層介質(zhì)厚度d。
4.如權(quán)利要求I所述的基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，其特征在于，所述步驟b中的脈沖紅外加熱裝置是高能閃光燈。
全文摘要
一種基于紅外熱波技術(shù)的雙層結(jié)構(gòu)第二層介質(zhì)厚度測量方法，包括如下步驟(1)以被測試件相同材料制作的標(biāo)準(zhǔn)試件作為參考，以脈沖紅外熱波技術(shù)作為實(shí)驗(yàn)方案。(2)降溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行歸一化后，減去參考孔降溫?cái)?shù)據(jù)獲得相對溫差數(shù)據(jù)。(3)相對溫差數(shù)據(jù)乘以對應(yīng)時(shí)刻平方根，獲得f曲線。(4)選取不同v0值，并提取特征時(shí)刻t0。(5)確定能夠保持線性上升關(guān)系的最大厚度dT。(6)確定線性最好的為最終v0值及dT對應(yīng)特征時(shí)刻作為閾值tT。(7)t0>tT的情況下，其厚度可認(rèn)為大于dT。(8)t0<tT的情況下，建立線性關(guān)系d2=at+b。(9)對待測水厚度的降溫曲線進(jìn)行上述操作，以d2=at+b得到厚度d。本發(fā)明通過上述技術(shù)方案，可以測量雙層結(jié)構(gòu)中第二層介質(zhì)厚度。
文檔編號G01B11/06GK102967267SQ201210186000
公開日2013年3月13日 申請日期2012年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月6日
發(fā)明者曾智, 陳大鵬, 張存林, 陶寧, 馮立春, 王迅 申請人:首都師范大學(xué), 北京維泰凱信新技術(shù)有限公司, 重慶師范大學(xué)