【综述】红外热成像无损害地进行检测技术原理及其应用

  红外热成像无损害地进行检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，大范围的应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。

  常规的无损检测技术如射线检测、超声波检验测试、磁粉检测、渗透检验测试等，这一些方法在实践应用中都有各自的缺点及局限性。红外热成像无损害地进行检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，大范围的应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。

  测量速度快，因为红外探测器通过物体表面发射的红外辐射能来测得物体表面的温度，所以响应极快，能测得迅速变化的温度场；

  非接触性，拍摄红外图片时，红外摄像仪与被测物体是保持一定距离的，对被测温度场没有干扰，操作安全、方便；

  测量结果直观形象，热像图以彩色或黑白的图像形式对结果进行输出，从图上可以方便地读取各点的温度值，并且热像图中还包含有丰富的与被测物体有关的其它信息；

  测温范围广，由于是采用辐射测温，与玻璃测温计和热电偶测温计相比，测温范围大大扩展，理论上可从绝对零度到无穷大；

  。实际大部分人工或天然材料都是灰体，与黑体不同，灰体材料的发射率ε≠1，灰体表面能反射一部分入射的长波（λ＞3 μm）辐射，因此灰体表面的辐射由自身发射的和环境反射的两部分所组成，用红外探测器可直接测量灰体发射和反射的总和M称为表观辐射度，为便于理解，一般将其转换为人们较熟悉的温度单位，称为表观温度T

  ap即为红外探测器测量所得温度，在不伤害原有设备的检测中测量距离一般较近，可忽略大气的影响，故被测物体的表面发射率ε的取值是否准确是影响测量精度的关键因素。

  目前利用红外热像技术进行的结构伤害损坏研究有混凝土内部损伤检测、混凝土火灾损伤研究、焊缝疲劳裂纹检测、碳纤维增强混凝土内部裂纹检测等，由于损伤部位的导热系数的变化，导致红外热像图中损伤位置温度异常。与常规的探伤方法如X射线、超声波等相比，红外热像技术具有不需要物理接触或耦合剂，简单易操作方便、无放射性危害等优点。

  同济大学的研究人员采用红外热像技术对混凝土火灾损伤进行了实验研究，得出了火灾损伤混凝土红外热像的平均温升随时间的变化曲线，及混凝土红外热像的平均温升与其受火温度与强度损失之间的回归方程。将红外热像技术应用于火灾混凝土检测，在国际上尚属首创，突破了传统的检测模式，为进行混凝土的火灾损伤评价开创了一条新途径。但将该方法运用于实际工程检验测试中，尚有许多问题是需要解决，如混凝土强度等级、碳化深度、级配、火灾类型等对检测结果的可靠性的影响，以及检测时的加热措施等。

  近年在光热红外技术的基础上发展的超声红外技术发挥了红外技术和超声技术的优点，该方法以超声脉冲作为激发源，当超声脉冲在试件中传播遇到裂纹等缺陷时，缺陷引起超声附加衰减而局部升温，从而利用红外热像技术能检测出这些裂纹缺陷。南京大学的研究人员将红外热像仪与超声波发射器结合起来，用超声波发射器对有疲劳裂纹的铝合金试件进行热量输入，拍摄红外热图像，与计算机模拟计算结果作比较，试验表明超声红外热像技术对裂纹缺陷、不均匀结构及残余应力非常敏感。

  在建筑物节能检验测试方面，瑞典早在1966年就开始采用红外热像技术检验测试建筑物节能保温，美国、德国等许多国家的研究人员也都进行过这方面的研究工作。在我国随着对建筑节能要求的提高，建筑物的节能检测势在必行。目前我国对建筑围护结构传热系数的检测多采用建筑热工法现场测量，红外热像技术只作为辅助手段，通过检验测试围护结构的传热缺陷，综合评价建筑物的保温性能。目前我国红外热像技术在节能检验测试领域的研究尚属于起步阶段，还没有确定的指标对建筑物的红外热像图进行节能定量评价，由于建筑物立面形式和饰面材料的多样性，编制专用的图像分析与处理软件和建立墙体内外饰面材料的发射率基础数据库成为该项研究中一个重要环节。

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