专利名称：基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法
技术领域：
本发明涉及无损探伤检测技术领域，特别是涉及一种红外热波技术，利用脉冲红外热波技术测量双层结构中第二层介质厚度的方法。
背景技术：
脉冲红外热波无损检测技术是二十世纪九十年代后发展起来的一种无损检测技术。此方法以热波理论为理论依据，通过主动对被检测物体施加脉冲热激励、并采用红外热像仪连续观察和记录物体表面的温场变化，并通过现代计算机技术及图像信息处理技术进行时序热波信号的探测、采集、数据处理和分析，以实现对物体内部缺陷或损伤的 定量诊断。缺陷深度测量是脉冲红外热波无损检测技术定量测量的一个重要应用，通常所指的缺陷深度测量是对单层介质或者多层介质的第一层介质厚度进行测量，一般都是通过获得温度时间曲线中的某特征时间进行计算。但是在红外热波技术的某些应用中，需要测量双层结构中第二层介质的厚度，比如，蜂窝结构积水量的测量，目前，在红外热波技术领域还没有相关报道可以解决该问题。
发明内容
本发明提供一种基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，以解决背景技术中存在的无法利用红外热波技术测量双层结构中第二层介质的厚度的技术问题。为此，本发明的一种基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，用于测量被测试件第二层介质厚度，包括如下步骤a、制作标准试件，该标准试件双层结构的材料与被测试件双层结构的材料均相同，标准试件第一层介质厚度与被测试件第一层介质厚度相同，标准试件第二层介质具有多个不同厚度d,且均已知，以最厚的为参考厚度；b、使用脉冲红外加热装置对标准试件第一层介质表面进行加热，同时使用红外热像仪获得标准试件第一层介质表面的热图序列，并将该热图序列存储在通用存储器中；C、对测得的热图序列的热波降温数据进行归一化，不同厚度热波降温数据减去参考厚度热波降温数据，从而获得相对温差数据；d、对所获得的各个不同厚度相对温差数据乘以对应时刻的平方根，并对得到的结果绘制曲线，该曲线横坐标为时间t，纵坐标为得到的结果，记为f (t)曲线；e、令各个f(t)曲线的取值均等于Vtl，其中Vtl取自能使不同f(t)曲线对应不同h值的数据范围，得出各f(t)曲线上与该Vtl对应的时刻h作为特征时刻； f、分析特征时刻h与已知第二层介质厚度的平方d2的线性关系曲线，确定能够保持线性上升关系的最大厚度dT，并以屯对应时刻作为特征时刻的阈值，记为tT，确定所选的各不同Vtl值中h-d2线性关系最好的为最终Vtl值，并以其对应时间作为最终的特征时刻h ；g、绘制不同厚度下，最终的特征时刻h与已知厚度平方d2的线性关系曲线，得到标定的tfd2曲线；h、将步骤b、C、d中的标准试件替换为被测试件，得到被测试件的f⑴曲线，令被测试件的f⑴取值为最终Vtl值，得到被测试件的h值，当被测试件的h大于tT时，其第二层介质厚度简单认为大于dT ；i、当被测试件的h小于等于tT时，根据标定的t^d2曲线，得到被测试件的h值对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。其中，所述步骤i中由被测试件的h值，在标定的tfd2曲线上查出对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。其中，所述步骤i中先计算出标定的t^d2曲线的方程，再由被测试件的h值，计 算出对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。其中，所述步骤b中的脉冲红外加热装置是高能闪光灯。本发明采用红外热波技术测量双层结构中第二层介质的厚度，主要针对于类似于飞机中蜂窝结构积水量的测量，能很好的满足该类应用需求。
图I为双层结构热波传导路线示意图；图2为公式(8)所对应模拟曲线；图3为公式(6)对应的不同厚度时的f(t)曲线；图4为脉冲红外热波设备的结构示意图；图5为不锈钢试件平底洞内注入不同水量时对应f(t)曲线；图6为特征时间tfd2水量深度平方曲线(第一层介质为不锈钢)。附图标记说明高能闪光灯-I ;被测物体-2 ;红外热像仪-3 ;计算机_4。
具体实施例方式为了使本发明的形状、构造以及特点能够更好地被理解，以下将列举较佳实施例并结合附图进行详细说明。针对上述问题，本发明提供一种新的测量方法，利用脉冲红外热波技术测量双层结构中第二层介质厚度，其原理如下本发明的理论基础是基于脉冲平面热源激励下的一维热传导方程求解问题，对半无穷大均匀介质，受平行于介质表面的均匀脉冲热源作用时，热传导方程可简化为
S2T(Xj) cT(xJ)k~—--pc~~ = -qS(t)S(x) x=0
CXdΛ,、
(I)其中，T(x，t)是t时刻X处的温度，qS⑴δ (χ)是脉冲热源函数，q为常数，是在单位面积上施加的热量，k(W/m*K)是热传导率。密度P (kg/m3)与比热c的乘积是介质材料的体热容。热扩散系数为a =k/(pc)。对某一特定介质，一般情况下α可视为常数。为了测量双层结构中第二层介质的厚度，图I画出了双层结构热波传播示意图，脉冲热源作用在双层介质的第一层表面。该图中分I和II区，在I区中，第二层介质厚度较厚，可假设为无限厚，其热波反射可忽略，其对应表面热传导方程的解为
权利要求
1. 一种基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，用于测量被测试件第二层介质厚度，其特征在于，包括如下步骤 a、制作标准试件，该标准试件双层结构的材料与被测试件双层结构的材料均相同，标准试件第一层介质厚度与被测试件第一层介质厚度相同，标准试件第二层介质具有多个不同厚度d,且均已知，以最厚的为参考厚度； b、使用脉冲红外加热装置对标准试件第一层介质表面进行加热，同时使用红外热像仪获得标准试件第一层介质表面的热图序列； C、对测得的热图序列的热波降温数据进行归一化，不同厚度热波降温数据减去参考厚度热波降温数据，从而获得相对温差数据； d、对所获得的各个不同厚度相对温差数据乘以对应时刻的平方根，并对得到的结果绘制曲线，该曲线横坐标为时间t，纵坐标为得到的结果，记为f (t)曲线； e、令各个f(t)曲线的取值均等于Vci,其中Vci取自能使不同f(t)曲线对应不同h值的数据范围，得出各f (t)曲线上与该Vtl对应的时刻h作为特征时刻； f、分析特征时刻h与已知第二层介质厚度的平方d2的线性关系曲线，确定能够保持线性上升关系的最大厚度dT，并以屯对应时刻作为特征时刻的阈值，记为tT，确定所选的各不同Vtl值中tfd2线性关系最好的为最终Vtl值，并以其对应时间作为最终的特征时刻h ； g、绘制不同厚度下，最终的特征时刻h与已知厚度平方d2的线性关系曲线，得到标定的tQ-d2曲线； h、将步骤b、c、d中的标准试件替换为被测试件，得到被测试件的f(t)曲线，令被测试件的f (t)取值为最终Vtl值，得到被测试件的h值，当被测试件的h大于tT时，其第二层介质厚度简单认为大于dT ； i、当被测试件的h小于等于tT时，根据标定的tfd2曲线，得到被测试件的h值对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。
2.如权利要求I所述的基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，其特征在于，所述步骤i中由被测试件的h值，在标定的tfd2曲线上查出对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。
3.如权利要求I所述的基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，其特征在于，所述步骤i中先计算出标定的h-d2曲线的方程，再由被测试件的h值，计算出对应的d2值，从而得到被测试件的第二层介质厚度d。
4.如权利要求I所述的基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，其特征在于，所述步骤b中的脉冲红外加热装置是高能闪光灯。
全文摘要
一种基于红外热波技术的双层结构第二层介质厚度测量方法，包括如下步骤(1)以被测试件相同材料制作的标准试件作为参考，以脉冲红外热波技术作为实验方案。(2)降温数据进行归一化后，减去参考孔降温数据获得相对温差数据。(3)相对温差数据乘以对应时刻平方根，获得f曲线。(4)选取不同v0值，并提取特征时刻t0。(5)确定能够保持线性上升关系的最大厚度dT。(6)确定线性最好的为最终v0值及dT对应特征时刻作为阈值tT。(7)t0>tT的情况下，其厚度可认为大于dT。(8)t0<tT的情况下，建立线性关系d2=at+b。(9)对待测水厚度的降温曲线进行上述操作，以d2=at+b得到厚度d。本发明通过上述技术方案，可以测量双层结构中第二层介质厚度。
文档编号G01B11/06GK102967267SQ201210186000
公开日2013年3月13日 申请日期2012年6月6日 优先权日2012年6月6日
发明者曾智, 陈大鹏, 张存林, 陶宁, 冯立春, 王迅 申请人:首都师范大学, 北京维泰凯信新技术有限公司, 重庆师范大学
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