[发明专利]一种基于相位编码调制方式的红外无损检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于相位编码调制方式的红外无损检测系统及方法。

背景技术

随着航空航天、石油化工、核电等领域的飞速发展，一系列具有优异力学、热学性能的复合材料广泛地应用于以上领域。由于对产品性能及产品质量要求的逐步提高，各种复合材料在制备工艺及后续使用过程中的质量保证显得尤为重要。复合材料制备工艺与传统金属材料加工工艺存在特殊性，不合理的加工工艺容易造成复合材料出现脱粘、分层、内部气孔等多种不同缺陷，以上缺陷严重威胁产品的使用性能。同时大多数复合材料外在表现为轻、薄及尺寸较大，相对于整个产品而言，缺陷尺度较小，所以一些传统的无损检测技术存在分辨率低或检测信噪比低等不同劣势。因此找到一种可以实现对复合材料表层及浅表层缺陷进行高效率及高信噪比的无损检测方法对整个复合材料制备工艺过程的质量把关十分重要。

红外热波无损检测技术作为一种新兴的主动式红外无损检测技术，由于其具有非接触、直观、探测面积大及无损伤等优点，广泛应用于各种复合材料、金属材料、树脂材料的无损检测领域。目前针对于红外热波无损检测技术的研究主要集中于激励方式、激励源及信号处理算法的相关研究上。目前已有的红外热波无损检测技术（锁相热波无损检测技术及脉冲红外无损检测技术）对复合材料仍然存在缺陷检测效果差及信噪比低的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服目前传统红外热波无损检测技术对复合材料缺陷检测效果差及信噪比低的难题，提供一种基于相位编码调制方式的红外无损检测系统及方法。

相位编码调制方式的红外无损检测技术，基于光热辐射测量（Photothermal radiometry, PTR）原理，采用计算机控制函数发生器产生二进制编码信号（Binary phase coding, BPC），利用此信号控制激光器电源，进而控制激光按照调制规律变化照射到试件检测面。其中BPC信号是一种非线性调频信号，相较于单一频率信号具有大的时宽-带宽积，最早与电磁信号结合应用于雷达信号等领域。本发明中介绍的方法为将BPC信号与红外光热探测技术进行融合。调制变化的激光照射到样件后由于存在光热效应，样件出现温度涨落与红外辐射，光热辐射信号（热波信号）与样件光热特性参数与结构相关，信号被红外热像仪接收，进而通过信号处理算法提取样件光热特性达到对样件缺陷的判定。其中本方法中所采用为信号处理方法为互相关匹配滤波技术及双路正交解调算法。在进行特征提取运算过程中，通过对热波信号进行匹配滤波，进而达到提高复合材料表层及浅表层缺陷检出信噪比的目的。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种基于相位编码调制方式的红外无损检测系统，所述系统包括第一激光准直镜、第一光纤、第一808nm激光器、第一激光器电源线、第一激光器电源、第一BNC数据线、计算机、USB数据线、数据采集卡、第二BNC数据线、BNC触发信号线、以太网线、红外热像仪、垂直升降台、第二激光器电源、第二激光器电源线、第二808nm激光器、第二光纤、第二激光准直镜、三维移动台；

所述红外热线仪放置在垂直升降台上，红外热像仪信号输出端通过以太网线与计算机信号输入端相连接，所述计算机控制信号输出端通过USB数据线与数据采集卡控制信号输入端相连接，所述数据采集卡信号输出端一通过BNC触发信号线与红外热像仪信号输入端相连接，数据采集卡信号输出端二通过第一BNC数据线与第一激光器电源信号输入端相连接，数据采集卡信号输出端三通过第二BNC数据线与第二激光器电源信号输入端相连接，所述第一激光器电源信号输出端通过第一激光器电源线与第一808nm激光器信号输入端相连接，所述第一808nm激光器信号输出端通过第一光纤与第一激光准直镜信号输入端相连接，所述第二激光器电源信号输出端通过第二激光器电源线与第二808nm激光器信号输入端相连接，第二808nm激光器信号输出端通过第二光纤与第二激光准直镜信号输入端相连接，所述三维移动台用于承载检测试件。

一种利用上述系统实现基于相位编码调制方式的红外无损检测的方法，所述方法具体步骤如下：

步骤一：确定要检测的检测试件，将其放置到三维移动台上；

步骤二：开启所述基于相位编码调制方式的红外无损检测系统，此步骤包括计算机、数据采集卡、第一激光器电源、第二激光器电源及红外热像仪设备的开启以及软件程序的开启；

步骤三：对红外热像仪进行非均匀性较正，进而通过计算机控制软件辅助调整红外热像仪成像检测视野，通过调节三维移动台使图像成像清晰；