一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，該裝置包括大功率閃光燈、紅外成像儀、數(shù)據(jù)處理顯示系統(tǒng)、觸屏顯示器、閃光燈控制單元、閃光燈電源。該裝置結構設計緊湊、輕便，將紅外熱像儀、大功率閃光燈、電腦數(shù)據(jù)處理單元集成于一便攜探測單元內，閃光燈控制單元與電源供給單元集成于電源管理系統(tǒng)單元內，使用中無需其他外部電源。操作人員可單手握持探測單元對被樣件表面進行高能量脈沖熱激勵產(chǎn)生熱波并檢測。設備采用觸摸屏操作控制，人機界面簡便。
【專利說明】
一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種基于熱波成像技術的無損檢測裝置，特別是采用閃光燈進行熱激勵的方式，可用于各種材料，包括金屬、非金屬及各類復合材料的結構及缺陷的檢測，屬紅外無損檢測技術領域。
【背景技術】
[0002]隨著新材料、新能源、高速鐵路、核工業(yè)及航空航天等工業(yè)的快速發(fā)展，對各種材料的無損檢測的需求日益增加，尤其是在航空航天領域，復合材料在機身、機翼、火箭殼體已經(jīng)得到廣泛的應用，復合材料的運用已成為現(xiàn)代航空航天領域裝備先進性的標志之一。復合材料結構通常采用多層纖維粘膠的方式或蜂窩夾層結構，具有高強度和重量輕的優(yōu)點。由于在制造和使用的過程中經(jīng)常會產(chǎn)生內部分層、脫粘、裂縫等缺陷，傳統(tǒng)檢測方法是采用超聲檢測技術，需要在被測材料表面加耦合劑才能檢測，而且需要逐點掃描，費時費力。對于表面粗糙及內部結構疏松的材料，如蜂窩狀板材的結構，超聲技術就比較難以檢測。
[0003]熱波成像技術是近代發(fā)展起來的一項無損檢測手段，其基本原理是采用熱激勵源對試件表面進行加熱來產(chǎn)生熱脈沖，該熱脈沖向試件內部傳播而形成熱波，當熱波在試件內部遇到缺陷或者熱阻抗有變化的地方時，部分熱能就會發(fā)生反射而回到試件的表面，使得試件表面的溫度形成動態(tài)的分布。采用紅外熱像儀記錄試件表面溫度隨時間變化的信息，再通過圖像處理手段對熱波信號進行校正、處理和分析，實現(xiàn)對材料內部缺陷的檢測。相比傳統(tǒng)的無損檢測手段，熱波成像技術具有獨特的非接觸、大面積快速成像等優(yōu)勢。
[0004]航空航天及工業(yè)設備在投入使用后，為安全無故障運行，需要定期對這些設備進行狀態(tài)檢測。為實現(xiàn)這種在役檢測，一般需要體積小、重量輕、操作簡便及有自備電源的便攜式無損檢測設備。傳統(tǒng)的閃光燈激勵紅外檢測設備體積大、重量重，分為三個部分。檢測時操作人員需雙手扶持閃光燈及成像單元對著試件表面，而電腦控制與采集部分通常為單獨的一個單元，而獨立的閃光燈電源部分也十分笨重，因此由單人操作使用極為不便。另夕卜，閃光燈電源中的電容器充電需使用外部交流電源供電，經(jīng)常受到外場檢測條件的限制而無法使用。因此對便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測設備的便攜性的改進是本發(fā)明的主要目標，要求達到重量輕便、結構緊湊、易于操作，能適應不同外場環(huán)境下的檢測需求。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明的目的就是針對目前便攜式閃光燈熱波無損檢測設備的不足，提出一種特別適合外場使用的紅外熱波無損檢測裝置，將熱激勵、成像及計算機與顯示控制系統(tǒng)集成于一個便于手持的便攜單元，體積和重量稍大的電源系統(tǒng)集成于另一可移動單元，并內嵌可插拔的高能量鋰電池，無需外接電源，做到真正意義上的便攜。
[0006]本發(fā)明的便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置主要包括:用于采集試件表面熱波圖像的紅外熱像儀，其檢測波長范圍通常在2-15微米之間；用于對試件表面激勵高能量短脈沖熱波閃光燈單元；用于存儲高壓高能量電荷以供激發(fā)閃光燈單元的閃光燈電源；用來控制閃光燈電源充放電，并對閃光燈的輸出進行截尾的閃光控制模塊;用于控制閃光、并對紅外熱像儀所采集的熱波圖像進行數(shù)據(jù)處理及分析的數(shù)據(jù)處理單元；用于操作系統(tǒng)軟件，并顯示處理前后圖像的觸屏顯示器;為本裝置提供不同需求電壓的穩(wěn)壓電源。
[0007]在結構上，閃光燈單元、數(shù)據(jù)處理單元及觸屏顯示器集成一體，形成激勵檢測模組。閃光燈電源、穩(wěn)壓電源及所述閃光控制模塊集成一體，形成電源控制模組。兩個模組通過一根連接線纜相連接。
[0008]上述便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置進一步包括可充電電池，連接在所述電源控制模組上，為系統(tǒng)提供電力，該電池可熱插拔。通過閃光控制模塊還可控制閃光燈單元的脈沖能量和脈沖寬度。
【附圖說明】
[0009]圖1為便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置原理示意圖；
[0010]圖2為本發(fā)明的一種實施示例。
【具體實施方式】
[0011]為了使本發(fā)明的原理及特點得到更好的理解，以下將結合具體實施示例與附圖做進一步的說明。
[0012]圖1所示的是便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置的示意圖，該裝置包括:
[0013]a.紅外熱像儀13，用于采集被測樣品12的表面溫度隨時間變化的熱波圖像序列，并送到數(shù)據(jù)處理單元14進行處理分析，如果被測樣品內部有缺陷時，缺陷處反射的熱波信號將通過圖像處理而清晰的呈現(xiàn)出來，紅外熱像儀13的檢測波長范圍通常在2-15微米之間；
[0014]b.閃光燈單元15，由大功率閃光燈管、反光罩和散熱風扇等部件組成，用于在試件12表面激勵高能量短脈沖熱波；
[0015]c.閃光燈電源16，由高壓充電電路和電容儲能裝置等組成，用于存儲高壓高能量電荷，以供激發(fā)閃光燈單元15;在其驅動下，大功率閃光燈管發(fā)出高強度短短脈沖閃光20投射到樣品12的表面進行脈沖加熱，產(chǎn)生熱波向樣品內部傳播，當樣品內部有缺陷或結構變化時，部分熱波將會發(fā)生反射而回到樣品12的表面，并被紅外熱像儀13所檢測；
[0016]d.閃光控制模塊11，用來控制閃光燈電源16的運行，并對閃光燈的輸出進行截尾，這是因為閃光燈的脈沖有很長時間的低能量拖尾，這種低能量的輸出會影響到熱波圖像的米集；
[0017]e.穩(wěn)壓電源17，為包括紅外熱像儀13、數(shù)據(jù)處理單元14及閃光控制模塊11等在內的整個系統(tǒng)提供穩(wěn)定的直流電源；
[0018]f.數(shù)據(jù)處理單元14，用于控制閃光控制模塊11，并對紅外熱像儀13所采集的熱波圖像進行數(shù)據(jù)處理分析，并存儲相關數(shù)據(jù)；
[0019]g.觸屏顯示器23，用于顯示系統(tǒng)的界面和操作軟件的運行，并顯示處理前后的圖像；
[0020]h.可充電電池19，通常為高能鋰電池，用于同時為閃光燈電源16及穩(wěn)壓電源17提供電力，高效可充電電池19充滿一次可滿足數(shù)百次閃光的需求，并具有熱插拔功能。
[0021]閃光燈單元15與紅外熱像儀13、閃光燈單元15、數(shù)據(jù)處理單元14及觸屏顯示器23等集成在同一個箱體內，構成激勵檢測模組10。而穩(wěn)壓電源17、可充電電池19、閃光燈電源16及閃光控制模塊11等集成在另外一個箱體內，構成電源控制模組18。激勵檢測模組10和電源控制模組18之間由連接線纜25連接，傳輸著低壓直流電源、高壓閃光燈電源及各種控制信號。
[0022]圖2所示的是一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測設備的具體實施示例，系統(tǒng)主要由激勵檢測模組10和電源控制模組18所組成。激勵檢測模組10外部由殼體22與反射遮光罩21所組成，殼體22內置有數(shù)據(jù)處理單元14，用于處理和顯示紅外熱像儀13采集的圖像，并提供系統(tǒng)操作界面。殼體22的上部為觸屏顯示器23，用于顯示圖像及操作系統(tǒng)軟件。殼體22的內部對稱安置有兩個獨立的閃光燈單元15。這兩個的大功率閃光燈通過連接線纜25分別與閃光燈電源16連接，閃光控制器11控制著閃光燈電源16實現(xiàn)閃光燈的充電、觸發(fā)及截尾。固定于殼體22側面的把手24具有采用人體工程學設計的外形，方便檢測操作人員單手握持激勵檢測模組10，以便用另一只手通過觸屏顯示器23控制設備的各種操作。安裝在殼體22底部的反射遮光罩21將閃光燈輻射的光線匯聚到樣品表面，同時還將起到阻止高能量強光外泄，防止強光直接照射測試操作人員及周邊人員眼睛的作用。反射遮光罩21的底部在測試時會接觸樣品表面，因此其底部邊緣上安裝有橡膠保護條以保護樣品表面，同時在貼合樣品表面時提供一定摩擦力，減低手持的力度。把手左側的電源開關34可單獨控制由穩(wěn)壓電源17提供給數(shù)據(jù)處理單元14的電源。
[0023]閃光燈的電源控制模組18的外部由電源箱外殼32和上面板30組成，電源箱外殼32內部安置有供閃光燈產(chǎn)生高能量瞬間放電的電容器組、可插拔的高能量鋰電池單元27、閃光燈電源16及閃光控制模塊11。電源控制模組18的上面板30上安置有供連接外部電池充電適配器的電池充電插座28，用于手動觸發(fā)的帶有LED指示燈的觸發(fā)開關31，電源箱的電源開關33，用于顯示電源充放電狀態(tài)及電池電量的液晶屏26。把手29方便測試操作人員攜帶電源控制模組18到各種應用場合。
[0024]在實際使用中，操作人員單手持握熱激勵檢測模組10，并使其緊貼在需測試的試件表面，由于反射遮光罩21底部的橡膠保護條的摩擦力，手的支撐力度得到很大的降低。另一只手可以通過觸摸屏進行操作，控制整個裝置各個部件的運行。設備運行時不需要外接電源，因此移動十分方便。也可以為電源控制模組18配備一個小雙輪手拉車，進一步方便操作人員移動該設備。
[0025]本實施示例提供了一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置的結構布局的思路及方法，具體實現(xiàn)該技術的方案和途徑有很多，以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式。應當指出，對于本技術領域的技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進，這些改進也應視為本實用新型的保護范圍。
【主權項】
1.一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其特征在于所述裝置包括: 紅外熱像儀(13)，所述紅外熱像儀(13)用于采集試件(12)表面的熱波圖像； 閃光燈單元(15)，所述閃光燈單元(15)用于在試件(12)表面激勵高能量短脈沖熱波； 閃光燈電源(16)，所述閃光燈電源(16)用于存儲高壓高能量電荷，以供激發(fā)閃光燈單元(15)； 閃光控制模塊(11)，所述閃光控制模塊(11)用于控制閃光燈電源(16)的運行； 數(shù)據(jù)處理單元(14)，所述數(shù)據(jù)處理單元(14)用于控制閃光控制模塊(11)，并對所述紅外熱像儀(13)所采集的熱波圖像進行數(shù)據(jù)處理分析及存儲； 觸屏顯示器(23)，所述觸屏顯示器(23)用于顯示系統(tǒng)界面和操作軟件運行，并顯示處理前后的圖像； 穩(wěn)壓電源(17)，所述穩(wěn)壓電源(17)用于為所述紅外熱像儀(13)、數(shù)據(jù)處理單元(14)及閃光控制模塊(11)提供不同需求的電壓。2.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其結構特征為:所述紅外熱像儀(13)、閃光燈單元(15)、數(shù)據(jù)處理單元(14)及觸屏顯示器(23)集成一體，形成激勵檢測模組(10)。3.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其結構特征為:所述閃光燈電源(16)、所述穩(wěn)壓電源(17)及所述閃光控制模塊(11)集成一體，形成電源控制模組(18)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其特征為:所述電源控制模組(18)與所述激勵檢測模組(10)通過連接線纜(25)相連接。5.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其特征為，所述便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置進一步包括可充電電池(19)，所述可充電電池(19)連接在所述電源控制模組(18)上，為所述穩(wěn)壓電源(17)與所述閃光燈電源(16)提供電力。6.根據(jù)權利要求1所述的一種便攜式閃光燈激勵熱波無損檢測裝置，其特征為:所述閃光控制模塊(11)可以控制所述閃光燈單元(15)的脈沖截尾時間。
【文檔編號】G01J5/00GK205537965SQ201521135194
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年12月31日
【發(fā)明人】宋揚民, 陳力
【申請人】南京諾威爾光電系統(tǒng)有限公司