紅外熱成像在無損檢測應(yīng)用中的發(fā)展及現(xiàn)狀

直至20世紀(jì)60年代后期，紅外熱成像在無損檢測中還極少被使用，只是作為“其他”或“特殊”的技術(shù)加以討論。進(jìn)行紅外熱成像需要熱敏感涂料或錄像帶，以及探針或復(fù)雜的測量表面溫度的光學(xué)方案（McGonnagle,1961）。當(dāng)然，隨著60年代中期紅外照相機(jī)的引入，無損檢測業(yè)界立刻意識到紅外熱成像因其無觸點(diǎn)且檢測面積大而具有的潛力，一切隨之發(fā)生了變化。

早期的紅外攝像儀是大型的、昂貴的光學(xué)掃描儀器，而空間分辨率和速度極其有限，并且需要液態(tài)的氮來進(jìn)行冷卻。然而盡管有這些制約，它們還是提供了的能力，能提供一個即時生成的本地圖像文件，而不是來自一個點(diǎn)的測量裝置上孤立的數(shù)字、一個圖標(biāo)記錄器上的圖像或一條示波器的軌跡，并且無需做成膠片。紅外攝像儀與熱源（例如燈或熱空氣）結(jié)合，形成熱像圖的基本系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)中，當(dāng)樣品冷卻時，攝像儀對其進(jìn)行監(jiān)控，揭示表面以下熱流被破壞的異?，F(xiàn)象（Milne和Reynolds, 1985; Vavilvo和Marineti, 1999）。
之后的紅外攝像儀發(fā)展速度驚人，焦平面像素大體遵循集成電路的摩爾定律。個人電腦同樣發(fā)展很快，并且攝像儀和個人電腦之間數(shù)據(jù)高速傳輸?shù)陌l(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)化，使得捕捉高質(zhì)量的紅外數(shù)據(jù)序列并在幾秒內(nèi)讓它們執(zhí)行廣泛的數(shù)學(xué)處理成為可能。綜上所述，這些技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)對紅外熱成像無損檢測（TNDT）產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。今天，許多簡單的應(yīng)用程序可以通過一個電池供電的、重量不到0.5公斤（1磅）的手持紅外攝像儀來進(jìn)行操作，這種攝像儀可以放在檢測員的外衣口袋里。不過，基于先進(jìn)的相機(jī)技術(shù)，幾年前在TNDT常規(guī)檢測中還不可能做到的全域定量紅外熱成像，如今已經(jīng)實現(xiàn)了（Cramer和Winfree, 2011; Shepard等,2005）。因此，紅外熱成像已經(jīng)成為如檢測異物碎片、檢測復(fù)合結(jié)構(gòu)中的水分、評估熱障涂層以及檢測飛機(jī)渦輪葉片內(nèi)部堵塞等情況的先選技術(shù)。

 紅外熱成像無損檢測原理

紅外熱成像無損檢測技術(shù)是根據(jù)紅外輻射的基本原理，通過紅外輻射的分析方法對物體內(nèi)部能量流動情況進(jìn)行測量，使用紅外熱成像儀顯示檢測結(jié)果，對缺陷進(jìn)行直觀上的判定。此方法以熱傳導(dǎo)理論和紅外熱成像理論為基礎(chǔ)。當(dāng)物體的溫度與環(huán)境溫度存在差異時，就會在物體內(nèi)部產(chǎn)生熱量的流動。如果向該物體注入熱量，其中一部分熱流必然向內(nèi)部擴(kuò)散，使物體表面的溫度分布發(fā)生變化。 
1、對于無缺陷的物體，當(dāng)熱流均勻注入時，熱流能夠均勻的向內(nèi)部擴(kuò)散或從表面擴(kuò)散，因而表面的溫度場分布也是均勻的； 
2、當(dāng)物體內(nèi)部存在隔熱性缺陷時，熱流會在缺陷處受阻，造成熱量堆積，導(dǎo)致表面出現(xiàn)溫度高的局部熱區(qū)； 
3、當(dāng)物體內(nèi)部含有導(dǎo)熱性缺陷時，物體表面就會出現(xiàn)溫度較低的局部冷區(qū)。 
由以上三種情況可看出，當(dāng)物體內(nèi)部存在缺陷時，就會在物體有缺陷區(qū)和無缺陷區(qū)形成溫差。且該溫差除了取決于物體材料的熱物理性質(zhì)外，還與缺陷的尺寸、距表面的距離及它的熱物理性質(zhì)有關(guān)。由于物體局部溫差的存在，必然導(dǎo)致紅外輻射強(qiáng)度的不同，利用紅外熱像儀即可檢測出溫度的變化狀況，進(jìn)而判斷缺陷的情況。 

紅外熱成像無損檢測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

安全性高

紅外熱成像無損檢測技術(shù)是利用紅外熱成像的原理根據(jù)熱量的散發(fā)檢測紅外程度，這種方法與其它技術(shù)相比更為安全可靠，檢測的時候也不需要經(jīng)過工作人員接觸性的工作。

例：就像在中海油海上平臺的企業(yè)對一些設(shè)備進(jìn)行無損檢測時，利用其他傳統(tǒng)的方法，需要工作人員對設(shè)備的操作流程十分的清楚，此外，中海油海上平臺的一些設(shè)備都是高風(fēng)險性的，如果在處理的時候，工作人員一不小心弄錯了一步，那么就可能會產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果，與此相反，紅外熱成像無損檢測只需要啟動設(shè)備，之后根據(jù)工作時的熱量差直接判斷設(shè)備的正常與否。
靈敏度高
因為這項技術(shù)不是經(jīng)過人為的檢測，與之前一些需要人為操作的檢測方法相比，紅外熱成像無損檢測技術(shù)*是由機(jī)器操控，通過儀器內(nèi)部零件的控制，分析設(shè)備工作時的散熱量檢測設(shè)備，這樣會避免很多差錯。
診斷效率高
紅外熱成像檢測技術(shù)*是由紅外熱檢測儀器內(nèi)部自動檢測自發(fā)進(jìn)行的，由需檢測的設(shè)備在工作中散發(fā)的熱量經(jīng)過紅外熱檢測儀器，這個過程需要的時間只有幾秒鐘而已，這樣大大的提高了診斷效率，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，不僅步驟復(fù)雜繁瑣，如需要進(jìn)行一次檢測，除了要經(jīng)過工作人員的準(zhǔn)備之外，需要的檢測儀器設(shè)備也比較多，當(dāng)然時間相應(yīng)的也就多了，而且，并不是每一次的檢測都會成功，有時只要其中一個步驟出錯了，可能這次的整個檢測就前功盡棄了，所以紅外熱成像無損檢測技術(shù)的診斷效率與其他一些傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比，診斷效率高多了。
除此之外還有：
（1）適用范圍廣，可檢測金屬及非金屬材料； 
（2）測量結(jié)果的可視性，可以通過圖像顯示測量結(jié)果： 
（3）非接觸式測量，不會對物體造成污染： 
（4）檢測面積廣，可對大型設(shè)備進(jìn)行整體觀測； 
（5）檢測設(shè)備攜帶方便，適用于現(xiàn)場在線檢測；
（6）檢測速度快。 

紅外熱成像無損檢測技術(shù)的不足

表面溫度影響

一是這項技術(shù)只能檢測儀器表面的熱量，雖然紅外熱成像技術(shù)是通過檢測熱量差來檢測儀器的好壞，但是很多儀器工作的時候，背部散發(fā)出的熱量和儀器表面的溫度是不一樣的，如果單純的通過檢測儀器表面的溫度來斷定一個儀器工作狀態(tài)的正常與否，這樣造成的差錯可能會對整個工作程序造成重大的傷害。
第二是紅外熱成像技術(shù)需要的設(shè)備是高科技的設(shè)備，而且這種設(shè)備的更新速度與其他的檢測儀器來比相對來說也比較快，所以這種設(shè)備的價格目前來說比其他檢測工具相對貴一些，如果就規(guī)模一般的工業(yè)投資來說，承擔(dān)的壓力相對大一些。

紅外熱像電子芯片檢測

紅外熱像儀技術(shù)也是依賴科技發(fā)展的基礎(chǔ)上才得以發(fā)展的，不管是缺點(diǎn)還是優(yōu)點(diǎn)都有它的特點(diǎn)，缺點(diǎn)可以在實踐中慢慢改善，優(yōu)點(diǎn)可以在科技的進(jìn)步中更大的發(fā)揚(yáng)，甚至是得到更好的改進(jìn)，而且這份技術(shù)在無損檢測中有著巨大的潛力和優(yōu)勢，隨著社會市場的發(fā)展，紅外熱像儀行業(yè)發(fā)展前景也是十分廣闊，紅外熱像技術(shù)在以后的發(fā)展中也會更加的成熟和成功。
在實際應(yīng)用中，常規(guī)無損檢測和紅外無損檢測兩種技術(shù)可以互補(bǔ)使用，對于具體的物體和具體的檢測要求可選擇不同方案。由于被測物體溫度場變化迅速，儀器精度和靈敏度受外界影響較大。而且對儀器的設(shè)置、環(huán)境和被測物體表面等要求嚴(yán)格，這些因素決定了使用紅外熱成像無損檢測方法后，可使用常規(guī)無損檢測手段進(jìn)行復(fù)檢，以提高檢測的正確性。