耐热合金涂层结构板材内部缺陷的脉冲红外热成像检测

第４２卷第７期　红外与激光工程　２０１３年７月　ＶＯ１．４２　ＮＯ．７　Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎ￣ｉｎｅｅｒｉｎ　Ｊｕ１．２０１３　耐热合金涂层结构板材内部　缺陷的脉冲红外热成像检测　唐庆菊　．－，王扬　，刘俊岩　，秦雷　，龚金龙　，齐立涛。　（１．哈尔滨工业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨１５０００１；　２．黑龙江科技大学机械工程学院，黑龙江哈尔滨１５００２２）　摘要：为探索脉冲红外热成像技术用于检测耐热合金涂层结构内部缺陷的方法，采用有限元仿真　和实验研究相结合的方法，对含有盲孔缺陷的耐热合金涂层结构试件进行检测研究。通过有限元仿真　分析脉冲热流在被测构件中的传递过程，为检测实验中采样频率和采样时间的确定提供理论依据。利　用高能脉冲闪光灯作为激励源对试件进行加热，通过ＦＬＩＲ　ＳＣ７０００系列红外热像仪采集图像序列，采　用ＦＣＡ法、ＰＰＴ法和ＰＣＡ法对原始图像序列进行处理。实验结果表明，在给定检测参数下，ＰＰｒｒ法和　ＰＣＡ处理后的图像信噪比显著增强，可实现耐热合金涂层结构内部缺陷的可靠检测。　关键词：红外热波；　耐热合金涂层结构；　图像序列；ＰＣＡ法　中图分类号：ＴＧ１１５．２８　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—２２７６（２０１３）０７—１６８５—０６　Ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｈｅａｔ・ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｌａｔｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｐｕｌＵＳＩｎ　Ｏｕｌｓｅｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙｎｌｒａｒｅｄ　ｍｅｒｍｏ￣ｒａｐｎｙ　Ｔａｎｇ　Ｑｉｎｇｊｕ　，Ｗａｎｇ　Ｙａｎｇ　，Ｌｉｕ　Ｊｕｎｙａｎ　，Ｑｉｎ　Ｌｅｉ　，Ｇｏｎｇ　Ｊｉｎｌｏｎｇ　，Ｑｉ　Ｌｉｔａｏ　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｃｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００２２，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇ　ａｔ　ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ｉｎ　ｈｅａｔ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｂｙ　ｐｕｌｓｅｄ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ，ｔｅｓｔ　ｗａｓ　ａｐｐｌｉｅｄ　ｔｏ　ｈｅａｔ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｌａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｂｌｉｎｄ－　ｂｏｔｔｏｍ　ｈｏｌｅｓ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ　ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｓｔｕｄｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｓａｍｐｌｉｎｇ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ａｎｄ　ｔｉｍｅ　ｉｎ　ｔｅｓｔｓ，ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗａｓ　ａｄｏｐｔｅｄ　ｔｏ　ａｎａｌｙｚｅ　ｔｈｅ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｐｕｌｓｅ　ｅｘｃｉｔｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｍｅｎ．Ｆｌａｓｈ　ｌａｍｐｓ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ａｓ　ａｃｔｉｖｅ　ｈｅａｔ　ｓｏｕｒｃｅ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍａｌ－ｗａｖｅ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｗｅｒｅ　ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ　ｗｉｈｔ　ＦＬＩＲ　ＳＣ７０００　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｃａｍｅｒａ．Ｆｉｔｔｉｎｇ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｈｔｍ（ＦＣＡ），ｐｕｌｓｅｄ　ｐｈａｓｅ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ（ＰＰｒｒ）ａｎｄ　ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　ａｎａｌｙｓｉｓ（ＰＣＡ）ｍｅｔｈｏｄ　ｗｅｒｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ＳＮＲ　ｏｆ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｄ　ｉｍａｇｅｓ　ｂｙ　Ｐ　ａｎｄ　ＰＣＡ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｕｎｄｅｒ　ｇｉｖｅｎ　ｔｅｓｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ａｎｄ　ｃａｎ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｃｔ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔｓ　ｉｎ　ｈｅａｔ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｐｌａｔｅｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｖｅ；ｈｅａｔ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ａｌｌｏｙ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｉｍａｇｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ；ＰＣＡ　ｍｅｔｈｏｄ　收稿日期：２０１２—１１—１２：　修订日期：２０１２—１２—１０　基金项目：国家自然科学基金（５１Ｏ７４２Ｏ８）；黑龙江省教育厅科学技术研究项目（１２５３１５７８）；　黑龙江省留学归国人员科学基金（ＬＣ２０１１Ｃ３５）　作者简介：唐庆菊（１９８１－），女，讲师，博士生，主要从事红外热波检测与评价技术方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｔａｎｇｑｉｎ鲥ｕ＠１２６．ｃｏｍ　导师简介：王扬（１９６ｏ－），男，教授，博士生导师，主要从事红外热波检测与评价技术、激光加工技术方面的研究。Ｅｍａｉｌ：ｗｙｙｈ＠ｈｉｔ．ｅｄｕ．ｃｎ　第７期　唐庆菊等：耐热合金涂层结构板材内部缺陷的脉冲红外热成像检测　１６８６　０引言　耐热合金涂层因其优异的力学性能和抗腐蚀　性能而被广泛应用于航空航天等高热流工作环境　中【１＿　。由于耐热合金涂层结构的制备工艺比较复　杂，容易产生气孔、夹杂等缺陷，且热端部件在服役　过程中，往往需要承受很大的气动负荷、机械负荷及　高温燃气的氧化和热腐蚀，从而导致涂层从基体表　面脱落［。　，严重影响热端部件的运行安全，甚至引　发灾难性事故。因此，在耐热合金涂层制备及使用过　程中对其状态进行无损检测非常必要。红外热波检　测技术作为一门新兴无损检测技术，具有检测速度　快、非接触、无需耦合及使用安全等优点．已日益成　为保证产品质量和安全运行的重要方法和手段【５］。　脉冲红外热波检测技术是目前最成熟、应用最广泛　的检测方法之一［５－－６１，尤其适用于薄板材料内部缺陷　的检测。但有关脉冲红外热波检测技术在耐热合金　涂层结构材料内部缺陷检测中的应用鲜有报道。　文中通过有限元仿真和实验研究相结合的方　法。对含有盲孔缺陷的耐热合金涂层结构板材进行　检测研究。运用有限元法对脉冲热流在被测构件中　的传递过程进行分析，找出缺陷大小和缺陷深度与　表面温度信号之间的关系，并为实验过程中采样频　率和采样时间的确定提供理论依据。利用高能脉冲闪　光灯对试件进行热激励，通过ＦＬＩＲ　ＳＣ７０００系列红外　热像仪对热图序列进行采集，并采用ＰＣＡ（Ｐｒｉｎｃｉｐａｌ　Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ　Ａｎａｌｙｓｉｓ）法对原始热图序列进行处理，实　现耐热合金涂层结构板材内部缺陷的可靠检测，为　此类构件内部缺陷的检测提供一定参考依据。　１理论分析　脉冲闪光灯激励红外热波检测系统工作原理　是［６１：采用高能脉冲闪光灯激励源对被测耐热合金　涂层结构试件表面进行瞬时加热。外激励热流在试　件内部发生热传导，热流在传导过程中，由于试件内　部热特性存在不连续性结构，将导致对应表面温度　分布发生异常。采用红外热像仪记录试件表面温度　变化．利红外热像处理系统软件对采集的红外热图　序列进行分析和处理，从而实现试件内部缺陷的判　定与识别。　热流作用于厚度相对较薄、各向同性平板（０≤　Ｚ≤Ｌ）过程中，可忽略热流横向扩散１５，７１，将热流传　递近似认为一维热传导过程，其传热微分方程可　表示为：　＝　ｃ３ｚ　）　㈣　对于厚度为Ｌ的耐热合金涂层结构等双层材料　平板，其表面温度分布解析解可由公式（２）表示：　Ｔ（ｚ＝０，ｆ）＝Ｃｃ．　［１＋∑一２．Ｐ．　｛ｅＸｐ（警）－　ｅ　（告　２　式中：Ｔ（ｚ，ｔ）为位于Ｚ处ｔ时刻的温度；ｅ为与热吸　收率有关的系数；Ｆ为涂层与基体的热不匹配系数，　厂＿（Ｐ。一ｅｐ）／（　。＋Ｐｐ），其中ｅ＝ｘ／－￣・Ｐ・Ｃ；Ｏｌ为材料的热扩　散率，ａ＝ｋ／（ｐｃ）。　当涂层结构内部含有缺陷时。求解热流在材料　中的热传导模型解析解比较困难。此时通常借助数　值分析方法进行研究。　２数值模拟　２．１有限元仿真模型　选取高温抗氧化涂层／耐热合金基体板材作为　试件，尺寸为１５０ｉｎｎ￣１０４ｍｍｘｌｍｍ．其中涂层的厚　度为０．１　ｍｍ。采用电火花机床在试件背面加工若干正　方形盲孔，其中第ｌ列盲孔边长均为２．５ｍｍ，第２ｙ１］　边长为４．５ｍｉｎ．第３～６列边长为５．５ｍｎ１．第ｌ一５行　盲孔距离试件表面深度依次为０．５、０．４、０．３、０．２、　０．１　ｍ／ｎ。试件实物照片及有限元网格模型如图１所　示。试件材料热物性参数如表１所示。　ｃｏｌｕｍｎ　６　５　４　３　２　１　１　２　３　Ｌｉｎｅ　４　（ａ）试件照片　（ｂ）有限元网格模型　（ａ）Ｐｈｏｔｏ　ｏｆ　ｓｐｅｃｉｍｅｎ　（ｂ）Ｆｉｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｓｈｉｎｇ　ｍｏｄｅｌ　图ｌ试件结构　Ｆｉｇ．１　Ｓｐｅｃｉｍｅｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　１６８７　红外与激光工程　第４２卷　表１材料热物性参数　Ｔａｂ．１　Ｔｈｅｒｍａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　边界条件：　一足黑　Ｉｏ　　：。：Ｑ３（ｔ）＋ｈ　一　ｚ＝０，ｆ）］　（３）　一　皂　Ｉｏ　　：　［　一　ｚ＝０，ｒ）】　（４）　初始条件：　Ｔ（Ｚ，ｔ）ｌ，＝ｏ＝　（５）　式中：Ｑ为加载的脉冲能量，０＝９．５ｋＪ；ｈｆ　ｈ　分别为试　件上下表面与周围环境之间的对流换热系数，取ｈｅ＝　ｈ￣＝１０Ｗ・ｉｎ　・℃～；　为周围环境温度，　＝２９３　Ｋ。　其他表面绝热。　２．２仿真结果及分析　图２给出了不同时刻的试件表面温度分布。由　图２可知，在０．０２　Ｓ时，试件上第３—５行缺陷开始显　现，随着热传导的进行，在０．１　Ｓ时，所有缺陷都出现　在表面温度热图上。在０．５　Ｓ时，缺陷的边缘开始模　糊，说明试件逐渐趋于热平衡状态。　＿＿＿　（ａ）ｔ＝０．０２ｓ　（ｂ）ｔ＝０．Ｏ１　Ｓ　（ｃ）ｔ＝０．５０　图２不ｌ司时刻的试件表面温度场　Ｆｉｇ．２　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｆｉｅｌｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｍｅｎ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｍｏｍｅｎｔｓ　图３给出了不同缺陷边长和缺陷深度对试件表　面温差的影响规律。由图３（ａ）可知，缺陷边长越小，　对应表面温差越小，且表面温差峰值时刻出现越早，　这说明缺陷越小，检测越困难。由图３（ｂ）可知，缺陷　越深，对应表面温差越小，且表面温差峰值时刻出现　越晚，对于边长相同、深度相差０．１　ｍｍ的两个缺陷，　表面温差峰值时刻相差０．０２　Ｓ左右。这说明缺陷越　深，检测越困难。　ｆ，０　（ａ）缺陷大小对表面温差的影响　（ａ）Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　（ｂ）缺陷深度对表面温差的影响　（ｂ）Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　图３缺陷大小和缺陷深度对表面温差的影响　Ｆｉｇ．３　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ｗｉｈｔ　ｄｅｆｅｃｔ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｃｔ　ｄｅｐｔｈ　３实验　３．１实验系统及参数　采用法国ＦＬＩＲ　ＳＣ７０００系列红外热像仪，其工　作波段为３．７　５．６　ｔｘｍ．噪声等效温差在室温下为　０．０１８Ｋ，空间分辨率为３２０ｘ２５６像素。热激励源为德　国ＨＥＮＳＥＬ公司制造的３０００一ＸＳ环形闪光灯，可产　生毫秒级脉宽的瞬时脉冲．输出能量设置为０＝９．５ｋＪ。　根据２．２节仿真结果可知，要想区分边长相同，深度　相差０．１　ｍｎ＇ｌ的缺陷，红外热像仪采集频率至少为　１／０．０２　ｓ＝５０Ｈｚ．实验过程中设置为７０Ｈｚ；各缺陷处　对应试件表面温差峰值时刻均出现在ｌ　Ｓ之前，因此　采样时间设置为ｌ　Ｓ。　３．２实验结果　图４给出了在３．１节给定实验条件下的检测原　始热图。在第５帧即０．２５　Ｓ左右可以检测出部分缺　陷，但信噪比较差。　第７期　唐庆菊等：耐热合金涂层结构板材内部缺陷的脉冲红外热成像检测　１６８８　综合分析图４和图５可知，欲提高表面热波信号检　圆圈圈　测缺陷的能力，需要采取信号处理算法对其进行处　理，以提高缺陷信噪比。　４图像序列后处理算法　（ａ）第３帧　（ｂ）第５帧　（ｃ）第１５帧　（ａ）３ｒｄ　ｆｒａｍｅ　（ｂ）５ｔｈ　ｆｒａｍｅ　（ｃ）１５ｔｈ　ｆｒａｍｅ　图４原始热图序列　Ｆｉｇ．４　Ｏｒｉｇｉｎａｌ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　图５给出了与２．２节仿真结果中相同位置缺陷　处的表面温差随时问的变化曲线。比较．图３和图５　可知。实验所得表面温差随缺陷边长和缺陷深度变　化的趋势与仿真结果趋势基本一致，但存在较大波　动。且各缺陷处对应表面温差峰值均大于仿真结果。　（ａ）缺陷大小对表面温差的影响　（ａ）Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　０．７　一ｄＨ＝０．１；ｄＬ＝５．５　０．６　—　¨ｄＨ＝０．２；ｄＬ＝５．５　一ｄＨ＝Ｏ．３；ｄＬ＝５．５　０．５　—，　ｄＨ＝０　４；ｄＬ＝５．５　０．４　一ｄＨ＝０．５：ｄＬ＝５．５　Ｕ　ｏ　０．３　司　０．２　０．１　０　Ｏ．１　０　０．２　０．４　０．６　０．８　１．０　ｔ／ｓ　（ｂ）缺陷深度对表面温差的影响　（ｂ）Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｄｅｐｔｈ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　图Ｓ缺陷大小和缺陷深度对表面温差的影响　Ｆｉｇ．５　Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｓｉｚｅ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｃｔ　ｄｅｐｔｈ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　４．１　ＦＣＡ法　ＦＣＡ（Ｆｉｔｔｉｎｇ—ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）法处理红外热　图序列的步骤是：首先对温度时间对数变化曲线进　行多项式拟合，实现温度信号的重构。然后对某像素　点的温度重构信号ｓ（ｘ　，Ｘ２，…，　）与理想信号或参考　信号　，（），。，ｙ　，…，ｙ　）之间的逼近程度进行评估，根据　公式（６）㈣求解所有像素点温度信号与参考信号之间　的相关系数。并构成相关系数图像。　ｎ　１　一　一　（　ｆ—　）（ｙｌ—Ｙ）　ｒ＝—————————　＼／　（　）——————————————————————一　Ｖ　（ｙ新　　（６）　式中：　，ｙ分别为Ｓ和　各分量的平均值。　４．２　ＰＰＴ法　ＰＰＴ法即对热图序列中每个像素点对应的温度　信号都进行离散傅里叶变换ｆ９１：　．ｖ—ｌ　Ｆｎ＝　）ｅ　础　Ⅳ＿　（７）　＝１　式中：Ｔ（ｋ）为第ｋ帧热图上像素点　，ｙ）处的温度值；　ｎ为频率离散后的序号；兄、厶为变换后复数的实部　和虚部。　由公式（７）可得频率ｎ处的幅值和相位：　Ａ（ｎ）＝ＶＲ：＋Ｃ　（８）　￣ｐ（ｎ）＝ａｒｃｔａｎ（厶／风）　（９）　将热图序列中所有像素点对应给定频率下的幅　值与相位分别组成矩阵，形成温度变化在各给定频　率下的幅值图与相位图，根据幅值图与相位图差异　性即可实现缺陷判定。　４．３　ＰＣＡ法　ＰＣＡ法又称为主元分析法，是提高脉冲红外热　波信号信噪比的有效方法。采用ＰＣＡ法对红外热图　序列进行处理的步骤为［１０－１１１：（１）将Ⅳ帧红外热图序　列转化为ｍｘｎ维矩阵Ａ。其中Ａ　有　・，ｌ　行（每行均　为一帧完整的图像）、Ⅳ列，称为时间分量，如图６（ａ）　所示。Ａ　有Ⅳ行（每行均为时间序列）　・ｎｙ列，称为　第７期　唐庆菊等：耐热合金涂层结构板材内部缺陷的脉冲红外热成像检测　１６９０　ｌ　Ｓ之内即可完成所有缺陷检测，同时可确定不同大　小、不同深度缺陷之间表面温差峰值时刻的差异。为　实验过程中采样时间和采样频率的确定提供理论依　据。实验结果表明，原始热图因受加热不均、材料特　性和周围环境噪声等多种因素影响，检测效果相比　仿真分析结果较差。分别采用ＦＣＡ法、ＰＰＴ法和　ＰＣＡ法对红外热图序列进行了处理，结果表明，后两　种处理算法可显著提高图像信噪比，增强脉冲红外　热波技术检测缺陷的能力。　参考文献：　［１】　Ｓｕｎ　Ｘｉａｏｆｅｎｇ，Ｘｕ　Ｈｕｉｂｉｎ．Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｂａｒｒｉｅｒ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｐｒｅｐａｒｅｄ　ｂｙ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂｅａｍ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｖａｐｏｒ　ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｕｒｆ　Ｃｏａｔ　Ｔｅｃｈｎ，２０００，　１３０：１２２．　［２】　Ｓｃｈｕｍａｎｎ　Ｅ，Ｓａｒｉｏｇｌｕ　Ｃ，Ｂｌａｃｈｅｒｅ　Ｊ　Ｒ，ｅｔ　ａ１．Ｈｉｇｈ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｔｒｅｓｓ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｄｕｒｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＮｉＡＩＬ［Ｊ】．Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ　ｏｆＭｅｔａｌｓ，２０００，５３：２５９－２７２．　【３】　Ｚｈａｎｇ　Ｇｕａｎｇｙｅ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｕａ，Ｚｈａｎｇ　Ｈｏｕ　ａｎ，ｅｔ　ａ１．Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｒｒｏｓｉｖｅ　ｒｅｓｉｓｔｎａｃｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ａｅｒｏｓｐａｃｅ　ｓｕｐｅｒａｌｌｏｙｓ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｖｉｅｗ，２００６，２０（５）：　５９—６２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　张光业，张华，张厚安，等．航空用高温合金防护涂层的　研制及其应用的新进展［Ｊ】．材料导报，２００６，２Ｏ（５）：５９—　６２．　［４】　Ｗａｎｇ　Ｑｉｎｇｓｈｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｓｅｇｍｅｎｔ　ｉｎ　ｄｅｆｅｃｔ　ｔｅｓｔｉｎｇ　ｏｆ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｂｌａｄｅ　［Ｄ】．Ｘｉ　ａｎ：　Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｃｅｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２００５：１－２０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　王庆胜．航空发动机涡轮叶片缺陷检测中的关键技术【Ｄ】．　西安：西北工业大学．２００５：１－２０．　【５】Ｌｉｕ　Ｊｕｎｙａｎ，Ｌｉｕ　Ｘｕｎ，Ｗａｎｇ　Ｙａｎｇ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｌｉｎｅａｒ　ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｉｍａｇｉｎｇ　ｆｏｒ　ｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ【Ｊ】．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４１（６）：　１４１６—１４２２．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　刘俊岩，刘勋，王扬．线性调频激励的红外热波成像检测　技术［Ｊ］．红外与激光工程，２０１２，４ｌ（６）：１４１６—１４２２．　【６】　Ｚｅｎｇ　Ｚｈｉ，Ｔａｏ　Ｎｉｎｇ，Ｆｅｎｇ　Ｌｉｃｈｕｎ，ｅｔ　ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔ　ｓｉｚｅ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔ　ｄｅｐｔｈ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｗａｖｅ　ｉｍａｇｉｎｇ［Ｊ】．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　ａｎｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１２，４１（７）：　１９１０－１９１５．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　曾智，陶宁，冯立春，等．缺陷尺寸对红外热波技术缺陷深　度测量的影响研究【Ｊ】．红外与激光工程，２０１２，４１（７）：　１９１０－１９１５．　［７】　Ｓｕｎ　Ｊｉａｎｇａｎｇ．Ｍｅｔｈｏｄ　ｆｏｒ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｒｏｍ　ｏｎｅ—ｓｉｄｅｄ　ｐｕｌｓｅｄ　ｔｈｅｒｍａｌ　ｉｍａｇｉｎｇ［Ｐ】．ＵＳ：ＵＳ　７７６９　２０１，Ｂ２．　【８】　Ｃｏｒｙ　Ａ　Ｌａｒｓｅｎ．Ｄｏｃｕｍｅｎｔ　ｆｌａｓｈ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ［Ｄ］．ＵＳ：Ｕｔａｈ　Ｓｔａｔｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ．２０１ｌ：２０—４０．　［９】　Ｆｅｎｇ　Ｚｈｅｎ，Ｍａ　Ｑｉｓｈｕａｎｇ，Ｍａ　Ｓｈｕｏｈａｎ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｈｔｍｓ　ｆｏｒ　ｉｎｆｒａｒｅｄ　ｎｏｎ—ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｊ】．　Ｉｎｆｒａｒｅｄ，２００９，３０（６）：５－１０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　冯贞，马齐爽，马说邯．红外无损检测图像处理算法的研　究［Ｊ】．红外，２００９，３０（６）：５－１０．　［１０】Ｗａｎｇ　ｚｉｊｕｎ．Ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ＩＲ　ｌｏｃｋ—ＩＮ　ｈｔｅｒｍｏｇｒａｐｈｙ　ｆｏｒ　Ｎｄｔ＆Ｅ【Ｄ】．Ｈａｒｂｉｎ：Ｈａｒｂｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００９：６９－７０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　汪子君．红外相位法无损检测理论及应用研究［Ｄ］．哈尔　滨：哈尔滨工业大学，２００９：６９—７０．（ｉｎ　Ｃｈｉｎｅｓｅ）　【ｕ】Ｍａｒｉｎｅｔｔｉ　Ｓ，Ｇｒｉｎｚａｔｏ　Ｅ，Ｂｉｓｏｎ　Ｐ　Ｇ，ｅｔ　ａ１．Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ＩＲ　ｔｈｅｒｍｏｇｒａｐｈｉｃ　ｓｅｑｕｅｎｃｅｓ　ｂｙ　ＰＣＡ【Ｊ】．Ｉｎｆｒａｒｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００４，４６：８５—９１．