红外热成像在无损检测应用中的发展及现状

红外热成像在无损检测应用中的发展及现状

直至20世纪60年代后期，红外热成像在无损检测中还极少被使用，只是作为“其他”或“特殊”的技术加以讨论。进行红外热成像需要热敏感涂料或录像带，以及探针或复杂的测量表面温度的光学方案（McGonnagle,1961）。当然，随着60年代中期红外照相机的引入，无损检测业界立刻意识到红外热成像因其无触点且检测面积大而具有的潜力，一切随之发生了变化。

早期的红外摄像仪是大型的、昂贵的光学扫描仪器，而空间分辨率和速度极其有限，并且需要液态的氮来进行冷却。然而尽管有这些制约，它们还是提供了的能力，能提供一个即时生成的本地图像文件，而不是来自一个点的测量装置上孤立的数字、一个图标记录器上的图像或一条示波器的轨迹，并且无需做成胶片。红外摄像仪与热源（例如灯或热空气）结合，形成热像图的基本系统。在这个系统中，当样品冷却时，摄像仪对其进行监控，揭示表面以下热流被破坏的异常现象（Milne和Reynolds, 1985; Vavilvo和Marineti, 1999）。
之后的红外摄像仪发展速度惊人，焦平面像素大体遵循集成电路的摩尔定律。个人电脑同样发展很快，并且摄像仪和个人电脑之间数据高速传输的发展和标准化，使得捕捉高质量的红外数据序列并在几秒内让它们执行广泛的数学处理成为可能。综上所述，这些技术进步已经对红外热成像无损检测（TNDT）产生了深远的影响。今天，许多简单的应用程序可以通过一个电池供电的、重量不到0.5公斤（1磅）的手持红外摄像仪来进行操作，这种摄像仪可以放在检测员的外衣口袋里。不过，基于先进的相机技术，几年前在TNDT常规检测中还不可能做到的全域定量红外热成像，如今已经实现了（Cramer和Winfree, 2011; Shepard等,2005）。因此，红外热成像已经成为如检测异物碎片、检测复合结构中的水分、评估热障涂层以及检测飞机涡轮叶片内部堵塞等情况的先选技术。

 红外热成像无损检测原理

红外热成像无损检测技术是根据红外辐射的基本原理，通过红外辐射的分析方法对物体内部能量流动情况进行测量，使用红外热成像仪显示检测结果，对缺陷进行直观上的判定。此方法以热传导理论和红外热成像理论为基础。当物体的温度与环境温度存在差异时，就会在物体内部产生热量的流动。如果向该物体注入热量，其中一部分热流必然向内部扩散，使物体表面的温度分布发生变化。 
1、对于无缺陷的物体，当热流均匀注入时，热流能够均匀的向内部扩散或从表面扩散，因而表面的温度场分布也是均匀的； 
2、当物体内部存在隔热性缺陷时，热流会在缺陷处受阻，造成热量堆积，导致表面出现温度高的局部热区； 
3、当物体内部含有导热性缺陷时，物体表面就会出现温度较低的局部冷区。 
由以上三种情况可看出，当物体内部存在缺陷时，就会在物体有缺陷区和无缺陷区形成温差。且该温差除了取决于物体材料的热物理性质外，还与缺陷的尺寸、距表面的距离及它的热物理性质有关。由于物体局部温差的存在，必然导致红外辐射强度的不同，利用红外热像仪即可检测出温度的变化状况，进而判断缺陷的情况。 

红外热成像无损检测技术的优点

安全性高

红外热成像无损检测技术是利用红外热成像的原理根据热量的散发检测红外程度，这种方法与其它技术相比更为安全可靠，检测的时候也不需要经过工作人员接触性的工作。

例：就像在中海油海上平台的企业对一些设备进行无损检测时，利用其他传统的方法，需要工作人员对设备的操作流程十分的清楚，此外，中海油海上平台的一些设备都是高风险性的，如果在处理的时候，工作人员一不小心弄错了一步，那么就可能会产生很严重的后果，与此相反，红外热成像无损检测只需要启动设备，之后根据工作时的热量差直接判断设备的正常与否。
灵敏度高
因为这项技术不是经过人为的检测，与之前一些需要人为操作的检测方法相比，红外热成像无损检测技术*是由机器操控，通过仪器内部零件的控制，分析设备工作时的散热量检测设备，这样会避免很多差错。
诊断效率高
红外热成像检测技术*是由红外热检测仪器内部自动检测自发进行的，由需检测的设备在工作中散发的热量经过红外热检测仪器，这个过程需要的时间只有几秒钟而已，这样大大的提高了诊断效率，传统的检测技术，不仅步骤复杂繁琐，如需要进行一次检测，除了要经过工作人员的准备之外，需要的检测仪器设备也比较多，当然时间相应的也就多了，而且，并不是每一次的检测都会成功，有时只要其中一个步骤出错了，可能这次的整个检测就前功尽弃了，所以红外热成像无损检测技术的诊断效率与其他一些传统的无损检测技术相比，诊断效率高多了。
除此之外还有：
（1）适用范围广，可检测金属及非金属材料； 
（2）测量结果的可视性，可以通过图像显示测量结果： 
（3）非接触式测量，不会对物体造成污染： 
（4）检测面积广，可对大型设备进行整体观测； 
（5）检测设备携带方便，适用于现场在线检测；
（6）检测速度快。 

红外热成像无损检测技术的不足

表面温度影响

一是这项技术只能检测仪器表面的热量，虽然红外热成像技术是通过检测热量差来检测仪器的好坏，但是很多仪器工作的时候，背部散发出的热量和仪器表面的温度是不一样的，如果单纯的通过检测仪器表面的温度来断定一个仪器工作状态的正常与否，这样造成的差错可能会对整个工作程序造成重大的伤害。
第二是红外热成像技术需要的设备是高科技的设备，而且这种设备的更新速度与其他的检测仪器来比相对来说也比较快，所以这种设备的价格目前来说比其他检测工具相对贵一些，如果就规模一般的工业投资来说，承担的压力相对大一些。

红外热像电子芯片检测

红外热像仪技术也是依赖科技发展的基础上才得以发展的，不管是缺点还是优点都有它的特点，缺点可以在实践中慢慢改善，优点可以在科技的进步中更大的发扬，甚至是得到更好的改进，而且这份技术在无损检测中有着巨大的潜力和优势，随着社会市场的发展，红外热像仪行业发展前景也是十分广阔，红外热像技术在以后的发展中也会更加的成熟和成功。
在实际应用中，常规无损检测和红外无损检测两种技术可以互补使用，对于具体的物体和具体的检测要求可选择不同方案。由于被测物体温度场变化迅速，仪器精度和灵敏度受外界影响较大。而且对仪器的设置、环境和被测物体表面等要求严格，这些因素决定了使用红外热成像无损检测方法后，可使用常规无损检测手段进行复检，以提高检测的正确性。