在本文中，我們分解了使用復合材料檢測解決方案的紅外無損檢測的四個子類別。

復合材料的第一次使用記錄很可能是在法老時代時期的古埃及。工人們使用稻草和泥漿來制造建筑材料。當談到今天的復合材料時，人們通常指的是用于航空航天，軍事和賽車或汽車應用的先進材料。最近，使用復合材料的最大推動力之一是商用飛機制造商，例如波音公司使用的飛機。

為了使這些飛機更加省油，飛機制造商都設計了超過50%的復合材料飛機。這些大型復合材料結構也對無損材料測試（NDT）的需求也很大，無論是用于制造還是在役檢測。

傳統(tǒng)上，超聲無損檢測已經滿足了這一需求。然而，這些飛機的許多部件正在制造復雜的形狀和曲率，使得使用需要與被檢測材料表面真實（正交）定位的超聲波傳感器變得困難或不切實際。

熱成像在無損檢測領域并不像超聲檢測那樣普遍，盡管它在涉及具有復雜形狀的大型復合材料時具有許多優(yōu)勢。熱成像無損檢測技術屬于有源熱像儀的范疇，因為使用了主動熱激發(fā)源。用于復合材料檢測解決方案的熱或紅外（IR）-NDT有四個子類別：閃光、瞬態(tài)、振動熱成像和鎖定熱成像。

閃光熱成像

閃光燈，有時也稱為脈沖熱成像，使用非常短的能量脈沖，例如由氙氣閃光燈提供的能量，作為測量的主動激勵。然后使用紅外或熱像儀來記錄材料升溫和冷卻周期的圖像序列。

渦輪葉片的鎖定圖像結果圖像上的橙色斑點顯示微裂紋，其中一些在表面下方。

在此期間觀察材料表面的熱浪時，與完整或無缺陷的材料相比，沖擊損傷、空隙、異物夾雜物、崩解物和水夾雜物等缺陷表現(xiàn)為不同的熱物理特性。

這些熱物理差異會在熱像儀記錄的表面熱波中產生干擾或干擾。這些圖像序列可以包含多達數(shù)百張熱圖像。然后，分析軟件計算結果圖像，該圖像基于所應用的算法可以顯示為相位角圖像。

振動熱成像

在振動熱成像系統(tǒng)中，感應超聲波用于在材料內部或表面的裂紋表面上產生摩擦，從而產生熱量。然后，在熱像儀的幫助下可以看到這種摩擦熱。這種振動熱成像系統(tǒng)的典型應用是檢測陶瓷和金屬的裂紋和微裂紋。

此處顯示了主要測量設置。

鎖定式熱成像

可用的更復雜的熱無損檢測方法之一是鎖定式熱像儀。使用鎖相熱成像系統(tǒng)的復合無損檢測的典型測量設置通常涉及用于激勵的鹵素燈。

其基本原理是基于在已知激勵頻率上“鎖定”相機記錄。因此，通過使用正弦波形對鹵素燈或鹵素燈進行調制，可以連續(xù)激發(fā)樣品材料。這具有明顯的優(yōu)勢，即熱浪或熱波永遠不會衰減到攝像機無法再拾取熱信號的程度。

例如，對于閃光或瞬態(tài)熱成像，使用單個和有限熱脈沖進行激發(fā)。最遲，當熱波的振幅接近相機探測器的本底噪聲時，有用熱圖像的收集結束。這反過來又限制了測量的最大可達到穿透深度。這在復合材料中尤其重要，因為復合材料通常也不傳導熱量。

鎖定式熱成像使用快速傅里葉變換（FFT）算法來計算結果圖像。圖像數(shù)據(jù)在頻域中逐個像素地進行評估，并且只允許評估與激勵源的頻率完全匹配的信號，從而消除不需要的熱反射。

事實上，由于測量系統(tǒng)的噪聲頻率是隨機的，因此這種方法可以提高熱靈敏度，使其達到相機本身的本底噪聲以下。與IR-NDT方法相比，這顯著提高了鎖相熱成像系統(tǒng)的信噪比（SNR），從而可以檢測難以發(fā)現(xiàn)的缺陷。

制冷式紅外熱像儀的典型熱靈敏度約為25毫開爾文（mK）。鎖定式熱成像系統(tǒng)可以將該范圍擴展到μK范圍，或100至1，000倍。

使用鎖定式熱成像的其他應用示例包括用于無損材料強度無損評估的熱應力分析以及光伏（太陽能電池）電池和面板的分流檢測。