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[size=16px][color=#339999][b]摘要:针对目前锁相红外热成像无损检测中存在被检物温度偏离标准正弦波形式的检测模型,以及被检物温度无法准确控制和快速达到稳定的问题,本文提出了改进解决方案。解决方案的核心是将现有的激励光源开环控制模式改进为闭环控制,具体采用了具有远程设定点功能的PID温度控制器,将现有光源的正弦波功率调制改进为直接的被检物表面温度正弦波调制,由此更符合理论模型,且可使被检物平均温度快速达到稳定而大幅缩短检测时间。[/b][/color][/size][align=center][size=18px][color=#339999][b]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/b][/color][/size][/align][size=18px][color=#339999][b]1. 问题的提出[/b][/color][/size][size=16px] 如图1所示,锁相红外热成像无损检测技术使用周期性调制热源,对待测物体进行周期加热。若待测物体内部有缺陷,该缺陷对其上方表面温度分布会产生周期性的影响,因此有缺陷和无缺陷地方会产生幅值差和相位差的热特征,这些特征通过红外热像仪成像捕获。采集到的热图序列中存在着各种干扰信号,通过锁相技术可以将微弱的有用信号从众多干扰信号中分离出来,可大幅提高检测的灵敏度。但这种红外锁相或其他光激励热成像法存在以下严重问题:[/size] [align=center][size=18px][color=#339999][b] [img=红外锁相热成像检测原理及其系统,500,611]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307031442140543_4031_3221506_3.jpg!w622x761.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图1 红外锁相热成像检测原理及其系统[/b][/color][/size][/align][size=16px] (1)因为现有技术只能对激励热源的加载功率进行正弦波调制,但并不能真正保证被测物体内部的温度变化也是真正的正弦波形式,这使得热像仪获得的热波波形与检测理论模型存在较大偏差,这是目前造成此方法误差的最大原因。[/size][size=16px] (2)目前锁相法调制光源加热被测物体时的温度时间变化曲线如图2所示,要经过较长时间温度才能达到稳定状态,对于较大或较厚物体用时将会更长,其中最大的问题是温度升高多少无法准确控制,只能靠经验或多次试验来确定调制光源的加热功率以实现所希望的温度变化。[/size][align=center][size=18px][color=#339999][b][img=红外锁相法加热过程中的时间-温度变化曲线图,500,379]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307031442434774_7846_3221506_3.jpg!w472x358.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图2 红外锁相法加热过程中的时间-温度变化曲线图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 由此可见,目前的红外锁相法还较粗狂,整个控制还是一个开环控制过程,这使得在实际无损检测中边界条件无法准确匹配测试模型,温度变化波形和大小也无法做到准确控制。为了解决这些问题,本文提出了如下一种闭环控制解决方案。[/size][b][size=18px][color=#339999]2. 解决方案[/color][/size][/b][size=16px] 为使被检物体内部的温度变化符合测试模型中正弦波形式的要求,本文提出的解决方案是采用闭环控制加热模式,即在被检物体的表面或内部安装温度传感器,与PID控制器和激励光源组成闭环控制回路,通过正弦波形式的设定点输入,最终将被检物体表面或内部温度准确控制并与正弦波温度设定曲线吻合。整个闭环控制系统结构如图3所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=正弦波温度加热光源控制系统结构示意图,650,387]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307031443195882_6318_3221506_3.jpg!w690x411.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图3 正弦波温度加热光源控制系统结构示意图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 从图3可以看出,由增加的温度传感器、卤素灯加热光源和控制器组成的闭环控制回路,可以对被检物表面温度进行任意设定点下的精确控制。但为了使表面温度能够严格按照所希望幅值和周期的正弦波形式进行变化,解决方案中采用一种多功能的高级PID控制器VPC2021。此控制器具有外部设定点功能,即通过外接周期信号发生器,可以使VPC2021控制器的温控设定值严格按照信号发生器的输出进行改变,即温控设定值可以设计为一个随时间变化的周期性正弦波。由此可以实现以下两个功能:[/size][size=16px] (1)可任意设定加热正弦波的频率和幅值,以满足不同无损检测对象的需要。[/size][size=16px] (2)可任意设定加热正弦波的平均值大小,由此可实现任意温度下的正弦波热波控制,并能很快达到稳定状态而开始进行无损检测,有效缩短检测时间。[/size][size=16px] VPC2021系列超高精度PID调节器是具有远程设定点功能的控制器,具有两个输入通道,第一主输入通道作为过程传感器输入,第二辅助输入通道用来作为远程设定点输入。与主输入信号一样,辅助输入的远程设定点也能接受47种类型的输入信号,其中包括10种热电偶温度传感器、9种电阻型温度传感器、3种纯电阻、10种热敏电阻、3种模拟电流和12种模拟电压,即任何探测信号只要能转换为上述47种类型型号,都可以直接接入第二辅助输入通道作为远程设定点源。在红外锁相法无损检测中使用远程设定值功能时的具体接线如图4所示。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][img=远程设定点功能使用接线图,690,247]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2023/07/202307031443467549_5148_3221506_3.jpg!w690x247.jpg[/img][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][color=#339999][b]图4 远程设定点功能使用接线图[/b][/color][/size][/align][size=16px] 在使用远程设定值功能前,需要对控制器辅助输入通道参数进行设置,以满足以下要求:[/size][size=16px] (1)辅助通道上接入的远程设定点信号类型要与主输入通道完全一致。[/size][size=16px] (2)辅助通道的显示上下限也要与主输入通道完全一致。[/size][size=16px] (3)显示辅助通道接入的远程设定点信号大小的小数点位数要与主输入通道保持一致。[/size][size=16px] 完成辅助输入通道参数的设置后,开始使用远程设定点功能时,还需要激活远程设定值功能。远程设定值功能的激活有以下两种方式:[/size][size=16px] (1)仅使用远程设定点,不使用本地设定点:在PID控制器中,设置辅助输入通道2的功能为“远程SV”,相应数字为3。[/size][size=16px] (2)可进行远程和本地设定点之间切换:在PID控制器中,设置辅助输入通道2的功能为“禁止”,相应数字为0。然后设置外部开关量输入功能DI1为“遥控设定”,相应数字为2。通过这种外部开关量输入功能的设置,就可以采用图4中所示的纽子开关实现远程设定点和本地设定点之间的切换,开关闭合是为远程设定点功能,开关断开时为本地设定点功能。[/size][size=16px] 需要注意的是,无论采用哪种远程设定点激活和切换方式,在输入信号类型、显示上下限范围和小数点位数这三个参数选项上,辅助输入通道始终要与主输入通道保持一致。[/size][size=18px][color=#339999][b]3. 总结[/b][/color][/size][size=16px] 综上所述,通过此解决方案所使用的具有远程设定点功能的PID控制器,结合外置周期信号发生器,可很好实现锁相红外热成像无损检测中的正弦波温度闭环控制,使得被检物体内部的稳态正弦温度波更符合无损检测模型,并使得被检物温度快速达到所希望的测试温度而缩小检测时间,最终可使得锁相红外成为更精密化的无损检测技术。[/size][align=center][size=16px][color=#339999][b][/b][/color][/size][/align][align=center][size=16px][b][color=#339999]~~~~~~~~~~~~~~~~~[/color][/b][/size][/align][size=16px][/size]
请问在无损检测中,能用到红外光谱吗?会在哪里用到?请哪位大侠帮忙解释一下啊,不胜感激!
利用声学特性的无损检测技术___超声波检测技术无损检测导论(2005年元月电子修订版)夏纪真 编著 第二章无损检测技术及其应用 无损检测技术的基础是物质的各种物理性质或它们的组合以及与物质相互作用的物理现象。迄今为止,包括在工业领域已获得实际应用的和已在实验室阶段获得成功的无损检测方法已达五、六十种甚至更多,随着工业生产与科学技术的发展,还将会出现更多的无损检测方法与种类。本书仅能就几个主要方面作简单扼要的介绍。除了对于工业上已经广泛应用的五大常规无损检测技术(超声波检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测和射线照相检测)给予一定的工艺介绍外,对其他方法仅作概念性介绍。若需对其中某项方法作深入了解时,应查阅相应方法的专业技术介绍资料。§2.1 利用声学特性的无损检测技术§2.1.1 超声波检测技术什么是超声波?超声波有什么特性?声波是指人耳能感受到的一种纵波,其频率范围为16Hz~2KHz。当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波,高于2KHz则称为超声波。一般把频率在2KHz到25MHz范围的声波叫做超声波。它是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波,其实质是以应力波的形式传递振动能量,其必要条件是要有振动源和能传递机械振动的弹性介质(实际上包括了几乎所有的气体、液体和固体),它能透入物体内部并可以在物体中传播。利用超声波在物体中的多种传播特性,例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化,可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等,因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术--超声检测技术。例如用于医疗上的超声诊断(如B超)、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定……等等。超声波具有如下特性:1)超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。2)超声波可传递很强的能量。3)超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。4)超声波在液体介质中传播时,达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击(基于“空化现象”)--从而引出了“功率超声应用“技术--例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”(统称“超声波加工”)等。5)利用强功率超声波的振动作用,还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。工业无损检测技术中应用的超声波检测(UltrasonicTesting,简称UT)是无损检测技术中发展最快、应用最广泛的无损检测技术,占有非常重要的地位。在超声波检测技术中用以产生和接收超声波的方法最主要利用的是某些晶体的压电效应,即压电晶体(例如石英晶体、钛酸钡及锆钛酸铅等压电陶瓷)在外力作用下发生变形时,将有电极化现象产生,即其电荷分布将发生变化(正压电效应),反之,当向压电晶体施加电荷时,压电晶体将会发生应变,亦即弹性变形(逆压电效应)。因此,利用压电晶体制成超声波换能器(探头),对其输入高频电脉冲,则探头将以相同频率产生超声波发射到被检物体中去,在接收超声波时,探头则产生相同频率的高频电信号用于检测显示。除了利用压电效应以外,在某些情况下也利用磁致伸缩效应(强磁材料在磁化时会发生变形的现象,可用作振源或用于应变测量),也有利用电动力学方法(例如本章后面叙述的电磁-声或涡流-声方法)。(3)耦合方法的确定-超声探头与被检工件之间存在空气时,超声波将被反射而无法进入被检工件,因此在它们之间需要使用耦合介质(耦合剂),视耦合方式的不同,可以分为:接触法-超声探头与工件检测面直接接触,其间以机油、变压器油、润滑脂、甘油、水玻璃(硅酸钠Na2SiO3)或者工业胶水、化学浆糊等作为耦合剂,或者是商品化的超声检测专用耦合剂。水浸法-超声探头与工件检测面之间有一定厚度的水层,水层厚度视工件厚度、材料声速以及检测要求而异,但是水质必须清洁、无气泡和杂质,对工件有润湿能力,其温度应与被检工件相同,否则会对超声检测造成较大干扰。接触法和水浸法是超声检测中最主要应用的两种耦合方式,此外还有水间隙法、喷水柱法、溢水法、地毯法、滚轮法等多种特殊的耦合方式。(4)检测条件的准备-选择适当的超声探伤仪、超声探头、参考标准试块(或者采用计算法时的计算程序或距离-波幅曲线、AVG或DGS曲线等),以及在检测前对仪器的校准(时基线校正、起始灵敏度设定等)。[/si