红外热损伤检测仪

常规的无损检测技术如射线检测、超声波检测、磁粉检测、渗透检测等，这些方法在实践应用中都有各自的缺点及局限性。红外热成像无损检测技术是近年来应用逐渐广泛的一种新兴检测技术，广泛应用于航空航天、机械、医疗、石化等领域。与其他的无损检测技术相比，红外热成像技术的特点有：1. 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；2. 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；3. 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；4. 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；5. 测量精度高；6. 易于实现自动化和实时观测。红外热成像无损检测原理红外线是一种电磁波，为0.78~1000 μm，可分为近红外、中红外和远红外。任何物体只要不是绝对零度，都会因为分子的旋转和振动而发出辐射能量。红外辐射是其中一种，如果把物体看成是黑体，吸收所有的入射能量，则根据斯蒂芬-玻尔兹曼定律，在全波长范围内积分可得到黑体的总辐射度为：式中：为黑体的光谱辐射度；c1、c2为辐射常数，c1=3.7418×108 Wm-2μm4，c2=1.4388×104 μmK；σ为斯蒂芬-玻尔兹曼常数，为5.67×10-8 Wm-2K-4。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组成，用红外探测器可直接测量灰体发射和反射的总和Map，但无法确定各自的份额。通常假设物体表面为黑体，将Map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Tap，即：上述表观温度Tap即为红外探测器测量所得温度，在无损检测中测量距离一般较近，可以忽略大气的影响，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。检测方式1. 主动式检测为了使被测物体失去热平衡，在红外热成像无损检测时为被测物体注入热量。被测物体内部温度不必达到稳定状态，内部温度不均匀时即可进行红外检测的方法即为主动式红外检测。该种检测方式是人为给试样加载热源的同时或延迟一段时间后测量表面的温度场的分布。从而确定金属、非金属、复合材料内部是否存在孔洞、裂缝等缺陷。2. 被动式检测被动式红外热成像无损检测利用周围环境的温度与物体温度差，在物体与环境进行热交换时，通过对物体表面发出的红外辐射进行检测缺陷的一种方式。这种检测方法不需要加载热源，一般应用于定性化的检测。被测物本身的温度变化就能显示内部的缺陷。它经常被应用于在线检测电子元器件和科研器件及运行中设备的质量控制。红外热成像技术在无损检测中的应用1. 材料热物性参数检测与其它的测温技术相比，红外热像仪能迅速、准确地测量大面积的温 值，且测温范围宽。因此，当需要准确测量较大范围的温度边界条件时，红外热像仪具有其它测温仪器不可比拟的优越性。哈尔滨工业大学的研究人员针对焊接温度场中材料的传热系数随温度升高而变化的情况进行了研究，证明了焊接过程热传导系数反演算法的可行性，结合红外热像法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场，通过计算分别获得了加热和冷却过程的热传导系数随温度变化的曲线。热传导反问题的研究，具有广泛的工程应用前景，近年来在热物性参数的识别、边界形状的识别、边界条件的识别、热源的识别等多方面已经取得了很多研究成果。在进行传热反问题研究时，采用红外热像技术测量研究对象的温度图，可以方便快捷地解决温度边界的测量问题，该方法在热传导反问题的研究中已被广泛采用。2. 结构内部损伤及材料强度的检测目前利用红外热像技术进行的结构损伤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，操作简单方便、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测中，尚有许多问题需要解决，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可以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进行比较，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。3. 在建筑节能中检测的应用在建筑物节能检测方面，瑞典早在1966年就开始采用红外热像技术检测建筑物节能保温，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，通过检测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测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。4. 在建筑物渗漏检测中的应用建筑物的渗漏有由供水管道引起的渗漏和屋顶或外墙开裂引起的雨水渗漏等，由于渗漏部位的含水率和正常部位不一样，造成在进行热传导的过程中二者温度有差异，因而可以用红外热像仪拍摄湿度异常部位墙面的红外热图像，与现场直接观察结果进行对比分析，可以找出渗漏源的位置。结语红外热像技术在无损检测中的应用前景非常广泛，相应的研究工作也取得了初步的研究成果，并逐步地从定性研究走向定量研究，但总体来说在目前尚属起步阶段，能应用于实际工程中的研究成果不多，且多属一些定性的结论，缺乏相应的操作规范。因此，应加强定量研究工作，提高对红外热像图的处理能力。

香蕉是中国岭南特色水果之一，香蕉在采收和运送过程中往往处于绿硬期(青香蕉),在此过程中易受到各种碰撞损伤。不同类型碰伤均可加速香蕉果皮活性氧的积累进而导致香蕉果实的衰老腐败 青香蕉受到碰撞损伤后，微生物容易侵染损伤部位，经过催熟过程中的乙烯释放和果实软化后，造成於伤腐烂或黑斑花脸，严重影响其色泽品质和销售价格。因此，亟待寻找一种快速无损检测青香蕉碰撞损伤的方法。为探究有效检测青香蕉早期轻微碰撞损伤的方法，本文结合青香蕉的结构特点利用高光谱技术找出青香蕉关于碰撞损伤特性的特征波长段，实现碰伤程度的区分与可视化。研究为开发青香蕉表面碰伤快速无损检测系统，提高香蕉经济效益具有重要意义。1.材料与方法1.1青香蕉碰撞损伤程度分类青香蕉的品质分级标准14中，果身表面的机械类损伤面积是一个重要指标。标准规定，果身表面无碰压伤的青香蕉属于优等品；碰压伤面积小于1cm² 的属于一等品；碰压伤面积为1～2 cm² 的属于二等品；碰压伤面积大于2cm² ,属于劣等品将不进入市场。将碰伤的香蕉置于温度15℃、相对湿度88%的恒温恒湿环境中保存48 h取出切开，损伤面积如表所示。1.2 高光谱图像采集系统试验可采用彩谱科技有限公司的高光谱成像仪，主要包括高光谱相机、光源、载物台、滑轨、计算机控制硬件和软件系统。光源采用仪器自带的卤素灯，光谱仪的光谱范围为400～1000 nm,采样间隔为2.39 nm,将光谱范围分为256个频带范围。仪器扫描的具体参数设置：曝光时间20 ms,移动台前进速度1.4 cm/s,回退速度2cm/s,镜头与样本距离42 cm。本研究使用的光谱数据由256维图像组成。区别于三维的RGB图像，高光谱图像的数据信息高维且冗余，如果对每份样品的所有图像进行处理，不仅工作量庞大且后续的建模效果不佳。如图所示是同一份样品在不同波段下(500、600、700、800nm)的图像，对比可知：不同波段下的图像其呈现出的碰伤情况存在差异。因此探究青香蕉关于碰撞损伤的特征波段，利用特征波段下的图像提取碰伤部位的光谱数据，可为后续的检测模型提供可靠且精准的数据集。2结果与分析2.1 原始光谱数据预处理结果使用软件进行预处理，首先对原始光谱进行多项式平滑法处理，再采用多元散射校正法对光谱进行预处理，以降低极限漂移和散射效应。对原始样本数据集如图a先进行SG处理，将处理后的光谱曲线再进行多元散射校正法处理。处理后的效果如图b所示。可以看出，预处理后的光谱曲线修正了部分反射率为1的数据，总体曲线更加归一且平滑，噪音点减少，曲线的凹凸处变少。说明该预处理方法效果较好，后续研究所用的光谱数据皆为经过SG和MSC方法预处理后的数据。2.2基于BP神经网络的检测模型和可视化碰伤等级图像通过图像分割流程，将918张灰度图像进图像分割，提取香蕉碰伤部位的轮廓区域，同时利用图像全像素点下的反射率数据，用光谱反射率数据去表示碰伤轮廓区域的每个像素点所代表的信息。对健康样品、轻度碰撞伤样品、中度碰撞伤样品、重度碰撞伤样品的测试集的识别准确率分别为97.53%、92.59%、93.82%和96.29%,平均碰伤程度的判断准确率为95.06%。为了更好地展示分类结果，同时考虑检测的可视化，对每一个像素点用“00”代表健康，标记为黄色RGB(255,255,0) “01”代表轻度碰撞伤，标记为蓝色RGB(67,142,219) “10”代表中度碰撞伤，标记为紫色RGB(128,0,128) “11”代表重度碰撞伤，标记为红色RGB(255,0,0)的方式进行最后的输出显示。其中区域的总体识别结果若有85%以上的相同数值和颜色，那么本区域都用此数值和颜色进行归一显示，最后的可视化图像如图所示。3.结 论本文以青香蕉为研究对象，利用高光谱成像仪采集青香蕉健康表面和不同碰伤程度香蕉的光谱反射率数据和不同波段下的图像信息，结合特征变量筛选对青香蕉的碰撞损伤程度进行了研究，主要结论如下：1)采用3种类型的支持向量机算法，验证了青香蕉碰撞损伤的识别机理以及采用光谱数据和图像信息结合进行无损检测的合理性。2)对通过预处理和异常样本剔除后的数据进行特征波长提取和验证，得到9段特征波长。3)通过获取特征波长段下的图像，提取碰撞损伤区域的轮廓分布边界数据以及该区域的每个像素点对应的光谱反射率数据。将此数据作为BP神经网络的输入层进行训练，最后得到的模型对健康样品、轻度碰撞伤样品、中度碰撞伤样品、重度碰撞伤样品的测试集识别准确率为97.53%、92.59%、93.82%和96.29%。

引言红外热成像是具有非接触、检测面积大、检测结果直观等突出优势的新兴无损检测技术，近年来被广泛应用于金属、非金属、纤维增强复合材料以及热障涂层等的无损检测与评价。碳纤维增强复合材料(CFRP)与玻璃纤维增强复合材料(GFRP)是目前发展最为成熟、已被广泛应用于航空航天、船舶、交通运载和风力发电等领域的结构复合材料。然而，它们的层状以及非均匀微观结构使得它们在生产和使用过程中极易萌生和发展为多种类型的缺陷，如涂层脱粘、界面分层等，极大地降低了复合材料/涂层结构件的使用性能与寿命，严重时甚至酿成灾难性事故。热障涂层作为一种陶瓷层可沉积在基体材料的表面，对基体材料起到隔热保护的作用，目前已被广泛用作航空发动机、聚变反应堆、火箭喷管等高端装备的高温热防护部件。图1 某航空发动机及其涡轮叶片热障涂层结构示意图为控制FRP复合材料/涂层结构的质量，确保高端装备的安全可靠运行和低维护成本，开发先进的无损检测与评价方法或技术对其进行高效、可靠地检测与评价是非常必要的。目前比较有代表性的无损检测与评价技术有射线检测、超声检测、磁粉检测、渗透检测和电磁检测等。但这些方法各有所长，也有其各自的局限性。例如，超声法中耦合剂的使用会致使检测表面受到污染；电磁法虽易于实现自动化检测，但仅适用于非铁磁性材料，且多用于检测近表面缺陷信息。红外热波成像技术由于具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等优点，非常适合于复合材料/涂层结构的在线检测与缺陷表征，近年来得到人们的重视和广泛关注。01 红外热波成像技术任何高于绝对零度的物体都会向周围环境发出电磁热辐射，根据Stefan-Boltzmann定律，其大小除与材料种类、形貌和内部结构等本身特性有关外，还与波长和环境温度有关，而红外热波成像技术即是利用红外热像仪通过遥测材料表面温度场，从而实现对材料结构特性和物理力学性能的无损检测与评价。根据被测对象是否需要施加外部热激励，该技术可分为主动式与被动式，其中主动式红外热波无损检测技术由于具有更高的热对比度与检测分辨率，近年来受到极大的关注。主动式红外热波检测技术是利用外界热源对待测试件进行热激励，同时利用红外热像仪记录其表面温度场的演化历程，并通过对所获得的热波信号进行特征提取分析，以达到检测材料表面损伤和内部缺陷的目的。根据外激励热源的不同，该技术又可被分为光激励红外热成像、超声红外热成像与电涡流红外热成像等。图2总结了目前主动式红外热波成像检测技术中的主要分类依据及分类结果。图2 主动式红外热成像检测技术的主要分类依据及结果虽然红外热成像无损检测技术种类众多，但由于所检测对象琳琅满目，且结构与物理特性比较复杂，因此在实际应用中需结合检测对象本身特性，选择一种相对合适且高效的主动式红外热波成像无损检测方法，从而达到对待测对象进行高分辨率、高精度、快速可靠检测与评价的目的。光激励红外热成像是主动红外热成像中一种相对高效的无损检测方法，由于其非接触、非破坏、检测时间短、检测面积大、易于实施等突出优点，在热障涂层结构、纤维增强复合材料无损检测与评价中备受关注。在该方法中，当外激励光源入射到待测试件时，基于光热转换效应所产生的热波扩散并与内部界面或缺陷相互作用，同时，利用红外热像仪远程记录待测试件表面的瞬态热响应，即红外热图像序列。然后，借助先进的后处理算法对所获取的热图像序列进行综合分析，从而实现待测试件的无损检测与定量表征。图3为光激励热成像技术原理和目前常用光激励红外热成像检测系统。图3 光热无损检测原理及典型闪光灯激励热成像检测系统此外，根据热激励形式的不同，红外热成像技术又可被分为红外脉冲热成像、红外锁相热成像与红外热波雷达成像，这也是根据红外热成像发展历程、目前最为常用的分类方法之一。红外脉冲热成像技术检测效率高，但其探测深度通常较浅，无法满足对材料深层缺陷高分辨率检测的要求；且其检测结果易受表面加热不均匀、表面反射率及发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使材料表面产生热损伤。为克服红外脉冲热成像技术的局限性，红外锁相热成像技术应运而生，但由于该技术在单一调制频率热激励下仅能探测与其热扩散长度相对应深度的内部缺陷，因此对FRP复合材料或热障涂层类结构内不同深度或不同铺层界面的缺陷，需选择不同调制频率对待测试件进行激励，因此，该方法检测时间仍相对较长且易出现漏检。红外热波雷达是一种新兴的无损检测技术，具有红外脉冲热成像与红外锁相热成像技术所无法比拟的突出优势，如高分辨率、高检测效率、大探测深度等，近年来备受关注。表1总结了红外脉冲热成像、红外锁相热成像以及红外热波雷达成像这3种技术的优缺点及适用范围。02 FRP复合材料光激励红外热成像无损检测研究现状2.1 红外脉冲热成像检测技术红外脉冲热成像技术是发展最早且目前应用最为广泛的一种红外热波无损检测技术，该技术是使用高能光源（如激光、卤素灯、闪光灯）对待测试件进行非常短时间（通常几毫秒）的脉冲激励加热，由于内部界面或缺陷的热阻效应会对待测试件表面温度场产生差异，然后，利用红外热像仪同步记录这种温度差异，并借助于先进的后处理算法可实现对待测试件内部界面或缺陷的无损检测与评价。红外脉冲热波检测技术检测速度快，且对厚度较小的试件具有较好的检测结果，但其探测深度非常有限，不适用于检测大厚度构件。此外，该技术还易受表面加热不均、表面发射率不均等影响，瞬时高能量脉冲也易使试件表面产生热损伤。FRP复合材料的强各向异性和显著内部界面效应，极易使得其产生界面分层等类型缺陷，极大影响FRP复合材料结构或装备的使用性能。[英国巴斯大学Almond等]对CFRP复合材料裂纹状缺陷的边缘效应进行了研究，并提出了一种瞬态热成像法测量缺陷尺寸的方法。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]提出了一种将脉冲热成像与调制热成像技术相结合的红外脉冲相位热成像检测技术，该技术基于傅里叶变换可获得能无损表征CFRP复合材料的相位图像，因此克服了脉冲热成像技术对表面加热均匀性的限制。[意大利学者Ludwig等]研究了红外脉冲热成像检测技术中的热损失与三维热扩散对缺陷尺寸测量的影响。[加拿大拉瓦尔大学Maldague等]为了克服脉冲热成像技术的局限性，提出了双脉冲激励热成像检测技术，并表明该技术可进一步增强热对比度。[加拿大学者Meola等]利用脉冲热成像法对GFRP复合材料的低速冲击损伤进行了无损检测。[英国巴斯大学Almond等]又通过解析法研究了脉冲热成像技术的缺陷检测极限与缺陷径深比、激励能量以及缺陷深度都密切相关。[伊朗桂兰大学Azizinasab等]还提出了一种使用局部参考像素矢量来处理脉冲热成像检测结果的瞬态响应相位提取方法，实现了CFRP复合材料缺陷检测和深度预测。此外，为增强FRP复合材料缺陷检测效果，许多集成先进特征提取方法的脉冲热成像检测技术也被提出，例如主成分热成像、矩阵分解热成像、正交多项式分解热成像和低秩稀疏主成分热成像。国内的哈尔滨工业大学、电子科技大学、湖南大学、东南大学、火箭军工程大学、首都师范大学、南京诺威尔光电系统有限公司等科研单位也对FRP复合材料红外脉冲热成像无损检测技术开展了大量研究工作，并取得了丰硕的研究成果。[首都师范大学]研究了GFRP复合材料脉冲热成像检测的热图像序列的分割与三维可视化，并提出了一种基于局部极小值的图像分割算法。[北京航空航天大学]对FRP复合材料次表面缺陷红外脉冲热成像无损检测的检测概率进行了深入研究，并分析了阈值、特征信息提取算法等对检测概率的影响。此外，国内研究学者还提出集成了稀疏主成分分析、矩阵分解基算法、流形学习[30]和快速随机稀疏主成分分析等算法的红外脉冲热成像检测技术。2.2 红外锁相热成像检测技术红外锁相热成像技术是20世纪90年代初发展起来的一种新型数字化无损检测技术，该技术是利用单频正弦调制的热激励源对待测试件进行加热，然后，待测试件内部将也产生一个呈周期性变化的温度场，由于缺陷区与无缺陷区处的表面温度场存在差异，因此采用锁相算法可对表面温度场进行幅值与相位提取，最终实现对材料表面损伤或内部缺陷进行无损检测与评价。红外锁相热成像检测技术的探测范围要大于红外脉冲热成像检测技术，此外，通过降低激励频率大小可增大探测深度。英国华威大学和意大利那不勒斯大学等研究学者较早地将红外锁相热成像技术用于CFRP航空件缺陷检测，并证实了该技术与瞬态热成像与超声C扫描无损检测技术相比，更适于CFRP航空件表面冲击损伤的快速无损检测。[Pickering等]研究了同等激发能量下，红外脉冲热成像和红外锁相热成像对CFRP复合材料分层缺陷的检测能力。[Montanini等]证实了红外锁相热成像技术也可用于厚GFRP复合材料的无损检测，并深入研究了与缺陷几何形状和深度相关的检测极限问题。[Lahiri等]发现随着GFRP复合材料缺陷深度增加，利用红外锁相热成像技术所获得的相位对比度增大，而热对比度却减小。[Oliveira等]提出了一种融合光学锁相热成像和光学方脉冲剪切成像的CFRP复合材料冲击损伤高效表征方法。国内哈尔滨工业大学、浙江大学和东南大学等科研人员也对FRP复合材料红外锁相热成像检测开展了较多有价值的研究工作。[哈尔滨工业大学]对CFRP复合材料分层缺陷的大小和深度以及热物性的无损检测与定量评价，开展了系统的理论与实验研究，并提出了多种先进特征增强算法来提高其内部分层缺陷的可视性。[浙江大学]使用红外锁相热成像无损检测CFRP复合材料分层缺陷，并利用深度学习对测量过程中的传感器噪声、背景干扰等进行有效去除，显著提高了CFRP复合材料次表面缺陷无损检测与定征的精度。[东南大学]针对CFRP复合材料分层缺陷红外锁相热成像无损检测中所存在的热成像数据缺失以及低帧率导致的低分辨率问题，提出了基于低秩张量填充的热成像检测技术，不仅可有效解决红外锁相热成像数据高度缺失问题，还可显著提高常用红外热像仪的帧频率。2.3 红外热波雷达成像检测技术近年来，红外热波雷达成像技术因检测效率高和灵敏度高以及不易对材料产生热损伤而受到越来越多的关注，并开始应用于FRP复合材料的无损检测与评价。红外热波雷达成像技术具有红外脉冲热成像技术与红外锁相热成像技术所无法比拟的优势，但由于被用于FRP复合材料无损检测与评价的时间并不长，尚存在一定的局限性。例如，由于通常采用较低调制频率激励源去探测较深范围的内部缺陷信息，随之而来的是热扩散长度的增大，致使检测分辨率降低；另外，为提高检测信号的信噪比，通常采用增加热流激励强度的方法来解决，但在检测重要目标构件时，为防止对检测对象的热损伤，这种方法并不适合。[加拿大多伦多大学Mandelis教授]与[印度理工大学Mulaveesala教授]首先将线性调频雷达探测技术引入到红外热成像检测技术中，提出了脉冲压缩热成像或热波雷达无损检测技术。为显著提高探测热波信号的信噪比与灵敏度，随后提出了热相干层析成像和截断相关光热相干层析成像技术，截断相关光热相干层析成像技术的具体原理如图4所示。图4 截断相关光热相干层析成像检测技术原理：(a) 截断相关光热相干层析成像数学实施；(b) 激光诱导热成像系统框图印度理工学院与印度塔帕尔工程技术大学等科研人员还将脉冲压缩热成像与红外脉冲热成像等其他检测技术在检测FRP复合材料次表面缺陷时的检测性能进行了对比，并分析了各种技术的优势所在。为增强FRP复合材料分层缺陷检测，[比利时根特大学]也提出了离散频率相位调制波形的热波雷达技术，并证明了该技术具有更高的深度分辨率。国内的科研人员也对脉冲压缩热成像或热波雷达开展了较多的研究工作，并取得了重要的创新研究成果。[哈尔滨工业大学]较早地将红外热波雷达成像技术拓展到CFRP复合材料铺向和分层缺陷的无损检测与评价，并对热波雷达检测技术的特征提取方法也开展了深入研究。[湖南大学]和[电子科技大学]还分别用感应红外热成像/热波雷达检测技术和参考脉冲压缩热成像检测技术对CFRP复合材料分层缺陷检测，并取得了较为满意的检测效果。[东南大学]也提出了正交频率相位调制波形的热波雷达检测技术，可有效增强CFRP复合材料分层缺陷的检测效果。03 热障涂层红外热波成像无损检测研究现状关于热障涂层红外热波检测技术的研究始于20世纪80年代，伴随着信息电子与计算机技术的快速发展，近年来在航空和先进装备等领域受到极大关注。在目前的热障涂层红外热成像无损检测中，仍以光激励红外热成像检测技术为主，这仍然是由于光激励红外热成像技术具有非接触、快速、检测面积大、检测结果直观等突出优点，非常适合于热障涂层结构性能与健康状况的在线检测与表征。根据激励热源生热机理的不同，除光激励红外热成像检测技术外，其他无损检测方法还包括：超声热成像、振动热成像和涡流热成像。3.1 红外脉冲热成像检测技术针对热障涂层红外脉冲热成像无损检测，国外专家学者较早地开展了相关研究，并取得了较多的研究成果。[Cielo等]利用红外脉冲热成像技术无损检测热障涂层，研究表明当光学穿透深度远小于而加热区域远大于涂层实际厚度时，该技术可有效表征热障涂层热物性和表面涂层厚度。[Liu等]提出了可无损检测热障涂层内部裂纹和厚度不均匀性的稳态热流激励热成像技术，可实现直径远小于1mm的裂纹检测。[Shepard等]利用红外脉冲热成像技术对热障涂层厚度和脱粘缺陷进行无损检测，并结合先进后处理方法提高了时空域分辨率和信噪比。[Marinetti与Cernuschi等]利用红外脉冲热成像技术结合机器学习和相位特征提取方法，系统地研究了热障涂层结构中的表面涂层厚度变化、脱粘缺陷以及涂层过厚与粘附/脱粘缺陷的区分问题。[Bison与Cernuschi等]为无损评价热障涂层老化程度以及完整性，利用红外脉冲热成像技术检测了热障涂层面内与深度方向热扩散率以及孔隙率。此外，利用红外脉冲热成像检测技术还可监测热障涂层损伤演化历程以及寿命评估，且热障涂层粘结界面处粗糙度形貌、深度以及基底强度等对其损伤演化也有重要影响。[Ptaszek等]还研究了热障涂层表面非均匀及红外透光性等对其光热无损检测的影响。[Mezghani等]利用激光激励红外脉冲热成像技术无损检测了表面涂层厚度变化。[Unnikrishnakurup等]利用红外脉冲热成像技术和太赫兹时域谱技术同时对不均匀涂层厚度进行测量，并获得了对热障涂层厚度估计小于10.3%的平均相对误差。虽然我国关于热障涂层红外脉冲热成像无损检测的研究起步较晚，但仍取得了重要研究成果。[北京航空航天大学]利用红外脉冲热成像技术，通过使用有限元数值模拟与热成像检测实验方法，对存在脱粘缺陷和厚度不均匀时热障涂层表面温度场以及热障涂层的厚度与疲劳特性进行了较为深入的研究。[北京航空材料研究院]利用闪光灯激励红外脉冲热成像技术不仅检测出直径小于0.5mm的脱粘缺陷，还识别出了肉眼无法观察到的微裂纹。近来，关于热障涂层激光扫描热成像技术的无损检测与评价研究也开始出现，[北京理工大学]和[南京理工大学]利用线型激光扫描热成像技术实现了对热障涂层脱粘缺陷以及20~150μm厚薄涂层的高精度无损检测与评价。为了检测热障涂层表面微小裂纹，[北京理工大学]还开发了一种将线型激光快速扫描模式与点激光精细扫描模式相结合的激光多模式扫描热成像检测技术，实现了仅9.5μm宽表面微小裂纹的高效检测。3.2 红外锁相热成像检测技术不同于热障涂层红外脉冲热成像无损检测研究，国内专家学者较早地开展了热障涂层红外锁相热成像无损检测的研究，而国外对此的研究还很少。[火箭军工程大学]利用红外锁相热成像技术对涂层厚度进行检测，并表明该技术可实现对涂层厚度的快速检测，且检测精度可达到95%。[哈尔滨工业大学]利用红外锁相热成像检测技术和热波信号相关提取算法对热障涂层脱粘缺陷进行检测，并研究了光源功率、分析周期数和激励频率大小等对检测结果的影响。[哈尔滨工业大学]随后利用激光激励红外锁相热成像技术高精度地量化了SiC涂层碳/碳复合材料的薄涂层厚度分布的均匀性。[上海交通大学]针对热障涂层内部裂纹缺陷的快速无损检测与评价，也提出了一种基于多阈值分割和堆叠受限玻尔兹曼机算法的红外热成像无损检测技术。此外，[韩国国立公州大学Shrestha和Kim]利用红外脉冲热成像技术和红外锁相热成像技术对热障涂层表面不均匀涂层厚度进行了无损检测与评价，并开展了有限元数值模拟与热成像检测实验分析了各种技术的优势所在。3.3 红外热波雷达成像检测技术红外热波雷达成像作为一种新兴的无损检测技术，其高信噪比、大探测范围等突出优势更利于热障涂层次表面脱粘缺陷的高精度无损检测。而目前关于热障涂层红外热波雷达成像无损检测与评价的研究还鲜有报道，目前仅有国内的哈尔滨工业大学和东南大学针对热障涂层红外热波雷达成像无损检测开展了相关的理论与热成像检测实验研究工作。[哈尔滨工业大学]利用红外热波雷达成像技术对热障涂层脱粘缺陷进行检测，该技术利用线性调频信号调制光源强度，并引入了互相关和线性调频锁相提取算法，研究表明该技术可实现热障涂层脱粘缺陷的有效检测。[东南大学]基于Green函数法，对热障涂层光热传播理论进行了较为深入的研究，并提出了一种先进非线性调频波形的脉冲压缩热成像检测技术，可实现热障涂层次表面脱粘缺陷的高信噪比、大探测深度的高分辨率检测。结语本文介绍了红外热成像技术在FRP复合材料和热障涂层无损检测应用中的研究现状和进展，通过文献调研和相关研究结果分析，可发现，由于FRP复合材料和热障涂层的复杂结构特性，使得传统的无损检测技术无法较好地实现高效可靠的无损检测与评价。作为新兴的无损检测技术，红外热波雷达成像技术由于具有高分辨率、大探测深度、检测结果直观等突出优点，为FRP复合材料和热障涂层的高精度无损检测与评价提供了新契机。此外，在对FRP复合材料和热障涂层红外热成像无损检测进行研究的过程中，笔者也发现，红外热成像无损检测技术的发展还面临着一些主要瓶颈制约问题，也促使红外热成像检测技术须向多样化、智能化、集成化和多源信息融合方向发展，呈现出以下发展趋势：1) 多样化传统无损检测方法和红外热成像等新型无损检测技术都有其各自的优缺点及适用范围，随着检测对象的多样化和检测要求的多元化，所需要的检测手段也呈现多样化发展的趋势，具体体现在：①热激励源由卤素灯、超声和电磁等向半导体激光器、相控阵超声等其他热激励形式发展；②随着计算机和电子信息技术的快速发展，传统的红外脉冲热成像和红外锁相热成像向着新兴的先进激励波形脉冲压缩热成像或热波雷达成像检测技术方向发展。2) 智能化近年来人工智能技术的快速发展使得基于深度学习模型的红外目标识别与跟踪方法取得了巨大进步，这无疑为红外热成像无损检测技术的进一步发展提供了很好的发展契机。深度学习方法的高识别率特点使其在红外目标特征识别、红外图像分割与分类方面性能优异，在精度和实时性方面，甚至远远赶超传统检测方法。人工智能赋能红外热成像检测技术，有望取代人工判断，推动红外热成像无损检测技术向着智能化检测方向发展。3) 集成化红外热成像检测系统通常需要激励热源、红外热像仪、光路等调节装置、固定装置等模块，体积较大、结构较为复杂，且仍需人工或仪器自动采样。为满足实际无损检测应用中原位测量及低能耗的需求，红外热成像检测技术需逐步向小型集成化方向发展，最终实现无损检测现场的便携式携带和操作。4) 多源信息融合发展多源多模态热成像数据能比单一热成像数据提供更多的关键信息，此外，在信息呈现和表达上，多来源、多模态红外热成像数据还增加了无损检测结果的鲁棒性。因此当检测要求较高时，常常需要采用优势互补、多种检测方法相结合的方式，通过多源多模态热成像数据的融合与集成，最终提供优质、高效、安全、可靠的无损检测解决方案。因此，红外热成像技术也需向多源信息融合方向发展。