机械工程测试技术(讨论课)

1、机 械 工 程 测 试 技 术（ 讨 论 课 ）红外无损探伤班级： 成员： 指导教师： 完成日期：2015.09.23 目录前言：11.红外传感器21.1定义21.2原理21.3分类31.4组成成分31.5基本部件及作用42.红外无痕探伤52.1原理52.2工业探测应用62.2.1焊接缺陷的无损检测62.2.2焊件内部缺陷探测72.2.3疲劳裂纹探测72.3原理图83.红外传感器的其他应用83.1夜视技术83.2红外探测器93.3红外气体分析仪94. 发展前景95.项目感想10参考文献11前言：随着科学技术的日益发展，传感器的应用也随处可见。现如今，传感器也被大力应用于工业生产中，例如：电阻式

2、传感器、温度传感器、湿度传感器等。在工业生产中还有一种传感器被广泛引用，那就是红外传感器。红外传感器在红外无损探伤上的应用极大的提高了对工业产品的检测技术，而且对于了解产品内部品质也有很大帮助。本讨论课以红外无损探伤为切入点，通过查阅相关资料，对该技术的原理、使用方法加以解释。随后粗略介绍该传感器在其他领域的其他的应用及发展前景。本次讨论课的分工如下：关键词：红外传感器、红外无损探伤、红外辐射、金属1.红外传感器1.1定义红外传感器是能将红外辐射能转换成电能的光敏器件。1.2原理工作机理：利用红外辐射的热效应，探测器的敏感元件吸收辐射能后引起温度升高，进而使某些有关物理参数发生相应变化，通过测

3、量物理参数的变化来确定所吸收的红外辐射。应用基本定律有：基尔霍夫定律、玻尔兹曼定律、维恩位移定律。1.3分类红外传感系统是用红外线为介质的测量系统，按照功能能够分成五类:(1)辐射计，用于辐射和光谱测量;(2)搜索和跟踪系统，用于搜索和跟踪红外目标，确定其空间位置并对它的运动进行跟踪;(3)热成像系统，可产生整个目标红外辐射的分布图像;(4)红外测距和通信系统;(5)混合系统，是指以上各类系统中的两个或者多个的组合。红外传感器根据探测机理可分成为:光子探测器(基于光电效应)和热探测器(基于热效应)。1.4组成成分 红外线传感器包括光学系统,检测元件和转换电路.光学系统按结构不同可分为透射式和反

4、射式两类。检测元件按工作原理可分为热敏检测元件和光电检测元件.热敏元件应用最多的是热敏电阻.热敏电阻受到红外线辐射时温度升高,电阻发生变化,通过转换电路变成电信号输出。光电检测元件常用的是光敏元件, 通常由硫化铅,硒化铅,砷化铟,砷化锑,碲镉汞三元合金,锗及硅掺杂等材料制成。1.5基本部件及作用1) 待测目标：根据其红外辐射特性来对红外系统进行设定2) 大气衰减：待测物的红外辐射通过大气层时会受到多种物质的影响发生衰减现象3)光学接收器：用于接受部分红外辐射并将其传输至红外传感器4)辐射调制器：又称为调制盘或斩波器，用于将红外辐射调制成交变的形式以提供待测物的方位信息，并滤除干扰信号5)红外探

5、测器：是红外系统的核心，用于探测红外辐射6)探测器制冷器：用于给系统制冷以提高工作效率7)信号处理系统：将信号进行放大、滤波等处理以提取所需信息并将有效信息输送至显示设备8)显示设备：是红外系统的终端设备，用于有效信息的显示2.红外无痕探伤2.1原理红外无损探伤仪可以用来检查部件内部缺陷, 对部件结构无任何损伤。 例如, 检查两块金属板的焊接质量,利用红外辐射探伤仪能十分方便地检查漏焊或缺焊;为了检测金属材料的内部裂缝,也可利用红外探伤仪。将红外辐射对金属板进行均匀照射,利用金属对红外辐射的吸收与缝隙(含有某种气体或真空)对红外辐射的吸收所存在的差异,可以探测出金属断裂空隙。当红外辐射扫描器连

6、续发射一定波长的红外光通过金属板时,在金属板另一侧的红外接收器也同时连续接收到经过金属板衰减的红外光; 如果金属板内部无断裂,辐射扫描器在扫描过程中,红外接收器收到的是等量的红外辐射;如果金属板内部存在断裂,红外接收器在辐射扫描器在扫描到断裂处时所接收到的红外辐射值与其他地方不一致,利用图像处形技术,就可以显示出金属板内部缺陷的形状。2.2工业探测应用2.2.1焊接缺陷的无损检测 焊口表面起伏不平，采用X光、超声波、涡流等方法难于发现缺陷。红外无损检测则不受表面形状限制，能方便和快速地发现焊接区域的各种缺陷。 如下图有两块焊接的金属板，其中（a）图焊接区无缺陷；（b）图焊接区有一气孔。若将一交

7、流电压加载焊接区的两端，在焊口上会有交流电流通过。由于电流的集肤效应，靠近表面的电流密度将比下层大。由于电流的作用，焊口将产生一定的热量，热量的大小正比于材料的电导率和电流密度的平方。在没有缺陷的焊接区内，电流分布是均匀的，各处（气孔）的电阻很大，在这一区域损耗增加，温度升高。应用于红外测温设备即可清楚地测量出热点，由此可以断定热点下面存在着焊接缺陷。 采用交流电加热的好处是可以通过改变电源频率来控制电流的透入深度。低频电流透过较深，对发现内部深处缺陷有利；高频电流集肤效应强，表面温度特性比较明显。但表面电流密度增加后，材料可能达到饱和状态，它可变更电流沿深度方向分布，使近表面产生的电流密度趋

8、向均匀，给探测造成不利。2.2.2焊件内部缺陷探测当红外无损探伤时，只需在铸件内部通过液态氟利昂冷却，使冷却通道内有最好的冷却效果。然后利用红外热成像仪快速扫描铸件整个表面，如果通道内有残余型芯或壁厚不均，在热图即可明显地看出。冷却通道通畅，冷却效果良好，热图显示一系列均匀的白色条纹；加入通道阻塞，冷却液体受阻，则在受阻处显示黑色条纹。2.2.3疲劳裂纹探测 下图为对飞机或导弹蒙皮进行疲劳裂纹探测示意图。为了探测出疲劳裂纹位置，采用一个点辐射在蒙皮表面一个小面积上注入能量，然后，用红外辐射温度计测量表面温度。如果在蒙皮表面或附近存在疲劳裂纹，则热传导受到影响，在裂纹附近能量不能很快传输出去，使

9、裂纹附近表面温度很快升高。2.3原理图3.红外传感器的其他应用3.1夜视技术 照相机中利用红外线传感器实现夜视功能。黑暗环境下,摄像机会发出肉眼看不到的红外光线去照亮被拍摄的物体,关掉红外滤光镜,不阻挡红外线进入CCD,红外线经物体反射后进入镜头进行成像,得到由红外线反射所成的影像,即此时可拍摄到下肉眼看不到的影像。3.2红外探测器 红外系统的核心是红外探测器,按照探测的机理的不同,可以分为热探测器和光子探测器两大类.以热探测器为来分析。 热探测器是利用辐射热效应,使探测元件接收到辐射能后引起温度升高,使探测器中依赖于温度的性能发生变化。检测其中某一性能的变化,便可探测出辐射。多数情况下是通过

10、热电变化来探测辐射的。当元件接收辐射,引起非电量的物理变化时,可以通过适当的变换后测量相应的电量变化。3.3红外气体分析仪红外线气体分析仪,是利用红外线进行气体分析，它基于待分析组分的浓度不同,吸收的辐射能不同, 剩下的辐射能使得检测器里的温度升高不同,动片薄膜两边所受的压力不同,从而产生一个电容检测器的电信号，这样,就可间接测量出待分析组分的浓度，根据红外辐射在气体中的吸收带的不同,可以对气体成分进行分析。4. 发展前景红外探测器应用可以用于非接触式的温度测量,气体成分分析,无损探伤, 热像检测,红外遥感以及军事目标的侦察,搜索,跟踪和通信等。红外传感器的应用前景随着现代科学技术的发展,将会

11、更加广阔。在将来的发展中,主要在红外传感器的性能和灵敏度将会二较大的提高。发展趋势主要有:(1) 智能化：目前的红外传感器主要结合外围设备来使用,而智能传感器内置微处理器,能够实现传感器与控制单元的双向通信,具有小型化,数字通信,维护简单等优点,能够单独作为一个模块独立工作。(2)微型化:传感器微型化一个必然趋势。现在应用中,由于红外传感器的体积问题,导致其使用程度远不如热电隅来的好。所以红外传感器微型化便携与否对其发展前途的影响是不可忽略的。(3)高灵敏度及高性能：在医学上,人体体温测试方面,红外传感器因测量的快速性而得到了相当的应用,但局限于其准确度不高而没办法取代现有的体温测量方法。因此,红外传感器高灵敏度及高性是其未来发展的必然趋势。虽然现阶段的红外传感器还有很多的不足, 但红外传感器已经在现代化的生产实践中发挥着它的巨大作用,随着探测设备和其他部分的技术的提高,红外传感器能够拥有更多的性能和更好的灵敏度,也将有更广阔的应用范围。5.项目感想经过本次讨论课，我们通过查找资料了解红外传感器的组成和基本原理；进而对红外探伤技术进行探究，了解其检测的基本原理和应用。在