[发明专利]一种基于微波致热的缺陷深度信息提取方法

说明书

本发明提供一种基于微波致热的缺陷深度信息提取方法，属于红外无损检测技术领域。该方法通过对材料进行微波加热，在恒定输出功率下，材料达到了温度平衡后，对材料进行红外温度检测；然后通过已知的材料电磁参数、输出功率，结合电磁波的多层反射理论，完成对缺陷深度信息的提取。本方法对缺陷深度信息检测更为精确，同时具有检测方式简便。

技术领域

本发明属于红外无损检测技术领域，具体涉及一种基于微波致热的缺陷深度信息提取方法。

背景技术

在当今的军事航空领域，对飞行器的隐身性能要求越来越高。飞行器隐身的主要实现途径之一就是通过在飞行器的金属机身表面制备可吸收电磁波的表面涂层，因此，涂层质量的优劣对飞行器的隐身性能就起着决定性作用。飞行器表面涂层在制造过程中，由于工艺的限制，不可避免的会产生缺陷，通过对缺陷深度的准确测量，可以快速地评估缺陷对飞行器隐身性能的影响，用以判断是否对缺陷的修复。因此，如何在生产制备的过程中无损、准确、快速的进行缺陷检测就显得至关重要。

针对于金属表面涂层缺陷检测的需求，现有的检测技术主要有微波致热红外成像缺陷检测和脉冲红外热成像缺陷检测这两种。微波致热红外成像缺陷检测方法，在李知伦的论文《基于微波致热红外热成像的额材料缺陷检测技术》中，所使用的缺陷检测原理是使用微波作为热源，对材料进行加热，通过使用红外热成像技术对材料表面温度信息进行提取并成像，由于缺陷会导致表面温度不均匀，通过热成像图就可以识别和查找缺陷。但该方法对于缺陷的深度信息并不能准确获取，只能通过拟合的方式来近似估计。脉冲红外热图像缺陷检测方法，在唐庆菊的论文《SiC涂层缺陷的脉冲红外热波无损检测关键技术研究》中，所使用的缺陷检测原理是使用光脉冲源作为热源，对材料进行脉冲加热，材料表面会进行一个快速的升温和降温的过程，不同涂层厚度，其升温和降温过程中的温度信息是不同的，通过提取表面温度信息来区别不同涂层厚度区域，进而实现对涂层厚度不均匀性的判定。但该方法是通过材料表面温度变化趋势在缺陷出的不同来识别和检测缺陷的，该检测方法由于是基于材料的变温过程，这将导致检测的重复性较差。

现阶段金属表面涂层的缺陷检测技术，主要实现了对缺陷的识别、成像，但无法准确提取缺陷深度信息的检测。因此，如何准确实现金属表面涂层缺陷深度的检测就成为当前无损检测方法的重要研究热点之一。

发明内容

针对背景技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于微波致热的缺陷深度信息提取方法。该方法通过对材料进行微波加热，在恒定输出功率下，待材料达到了温度平衡后，对材料进行红外温度检测；然后通过已知的材料电磁参数、输出功率，结合电磁波的多层反射理论，完成对缺陷深度信息的提取，同时本发明方法具有检测方式简便、准确率高的优点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于微波致热的缺陷深度信息提取方法，包括以下步骤：

步骤1.对表面附着涂层的金属材料进行微波加热，在恒定输出功率下，待金属材料达到温度平衡后，进行红外温度检测，获取金属材料的表面绝对温度；

步骤2.基于步骤1测量得到的表面绝对温度，计算金属材料表面的反射率，具体计算公式为：

其中，C为比热容，A为有效换热面积，T为金属材料表面绝对温度，T_amb为与材料接触的空气温度，S为加热材料的体积，η₀是自由空间的本征阻抗，ΔS是加热材料进行热交换表面积，E_i0为入射电磁波电场强度，是材料表面反射率；

步骤3.由已知的材料电磁参数、材料表面的反射率，使用电磁波的多层反射理论，计算得到材料的缺陷深度，具体计算公式为：

基于电磁波的多层反射理论得到的反射系数与缺陷深度的关系是如下：