基于脉冲压缩调制的深度分辨热波成像技术在钢材无损检测与评估中的应用与性能优化

本文系统探讨了频率调制热波成像（FMTWI）与数字化频率调制热波成像（DFMTWI）在钢材缺陷检测中的突破性进展。通过维纳滤波降噪和互相关系数（CCC）分析，显著提升信噪比（SNR）至72.7 dB，实现了高分辨率、高灵敏度的亚表面缺陷检测，为工业无损检测（NDT&E）提供了创新解决方案。

　　

Highlight

脉冲热成像（PT）、锁相热成像（LT）和脉冲相位热成像（PPT）等传统红外热成像（IRT）技术虽广泛应用，但在分辨率和深度敏感性方面存在局限。本研究聚焦于脉冲压缩优化方法——频率调制热波成像（FMTWI）和数字化频率调制热波成像（DFMTWI），作为更快速、安全、高分辨率的检测手段。

Section snippets

Pulse thermography (PT)

PT是一种广泛使用的主动无损检测技术，通过短时高强度热脉冲（通常由闪光灯、激光或超声加热装置产生）使材料表面迅速升温（或冷却）。热波在材料亚表面的扩散遵循傅里叶热传导定律，脉冲持续时间对热穿透深度和缺陷可检测性至关重要。

Results and discussion

在带有六个不同深度盲孔的低碳钢试样上进行了PT、FMTWI和DFMTWI实验。试样截面为170 mm × 125 mm，盲孔直径均为10 mm。右侧三个缺陷深度分别为8.74 mm、8.50 mm和7.82 mm，且各自在6.78 mm、7.08 mm和6.54 mm深处存在内部弯折。左侧三个缺陷则位于更浅层。

Conclusion

本研究证明了传统PT与脉冲压缩优化技术（FMTWI和DFMTWI）在低碳钢亚表面盲孔缺陷检测中的深度分辨能力。在各项后处理方法中，时域相位（TDP）分析较频域相位（FTP）展现出更高分辨率，但可能因信号解相关而导致检测稳定性不足。相比之下，互相关系数（CCC）热图凭借其匹配滤波特性，始终提供更优的缺陷辨识表现。