超声激励金属板材缺陷红外锁相法热波无损检测技术研究

红外锁相法热波无损检测技术是一种新型主动式红外热像无损检测技术，具有快速、非接触、无需耦合、大面积及远距离检测等优点，能够实现损伤与缺陷检测、涂层及夹层结构蒙皮等厚度测量和内部材料与结构特性识别，适于金属与非金属材料构件的检测。本项目旨在将超声波振动激励与红外锁相法热波检测技术相结合，实现金属板材内部缺陷的高效可靠检测。研究超声波振动激励金属板材缺陷的选择加热特性、内部热源传热过程及温度场分布模型。研究表面热波（温度）信号瞬态与稳态过程特征信息提取算法。建立超声激励的红外锁相法热波检测系统，进行金属板材缺陷的检测试验研究。利用仿真计算和试验结果，运用模糊逻辑与人工神经网络技术进行金属板材内部缺陷的识别与探测。采用先进图像处理方法对表面热波信号特征图像进行处理，确定缺陷的形状、面积、位置及其分布。为实现大面积金属板材内部缺陷高效可靠检测提供新方法和新技术。

红外锁相热波成像无损检测技术是一种新型主动式红外热像无损检测技术，具有快速、非接触、大面积及远距离检测等优点，适于金属与非金属材料的检测。超声红外热波成像检测技术将超声波激励与红外锁相热波成像检测技术相结合，充分发挥超声波激励与红外锁相热波成像检测的优点。通过本项目研究，进一步拓展了红外热波成像检测与评价的研究方向与应用。本项目对超声激励金属板材缺陷红外锁相热波无损检测技术的基础理论与应用进行了系统研究，为实现金属板材内部缺陷（特别是裂纹缺陷）的高效可靠检测提供新方法。研究了超声波激励金属板材内部裂纹的选择加热机制与温度场分布模型，通过仿真分析与试验研究，验证了理论计算的合理性。深入研究了超声波诱发热波（温度）信号的特征信息提取算法，提出了基于短时傅立叶变换的幅值-相位极值法与小波变换增强算法的热波信号特征提取算法，基于短时傅立叶变换的幅值-相位极值法具有提高检测质量的优势，小波变换增强算法具有较高的消噪能力，信噪比高，显著提高了缺陷探测能力。提出了线性调频超声激励红外热波成像检测技术，该技术采用线性调频（chirp啁啾）调制超声波激励，增加了调制超声波诱发热波信号的频率响应带宽，可弥补超声红外锁相热波成像检测的不足。研究了chirp调制超声波诱发热波信号的特征提取算法，提出了热波信号与chirp信号的互相关算法提取相关主瓣极值与延迟时间特征信息。提出了双路chirp锁相相关处理算法提取瞬态幅值与相位特征信息。建立了超声红外热波成像检测系统（超声红外锁相热波成像与线性调频超声红外热波成像检测系统），采用该系统对金属板材裂纹与内部接触界面缺陷、蜂窝夹层结构内部接触界面缺陷、复合材料板材内部裂纹、机车车轮裂纹等进行无损检测与评价分析。采用先进图像处理方法对热波信号特征图像进行处理，提出了基于Canny算子阈值优化的缺陷几何特征识别方法，该方法可靠地确定了缺陷形状、面积及位置等。提出了基于模糊逻辑推理的缺陷深度判定方法，建立了基于Takagi-Sugeno模型的自适应神经网络推理系统，该系统能够准确判定缺陷深度，可有效解决超声红外热波成像检测方法中的缺陷定量化问题。本项目的研究为实现大面积金属板材内部缺陷高效可靠检测提供新方法和新技术，具有重要理论意义与实际应用价值，发表期刊与会议论文16篇，其中SCI收录及刊源文章5篇，EI收录13篇，硕士研究生毕业1人。