无损检测概论-渗透检测-第3章

渗透检测第3章渗透检测的光学基础渗透检测(PT)第3章光学基础3-1光学基础1光的本性

a、光是一种电磁波光是电磁波，具有波粒二像性。“光”这个词，通常指的是与视觉有关的那一类辐射电磁能。广义地讲，光包括电磁波的整个辐射范围。因此通常说光是一种电磁波。光速等于电磁波的波速。渗透检测(PT)第3章光学基础

波粒二像性：微观粒子，即光子、中子、电子、质子以及所有基本粒子，在运动中既表现出波动性，又表现出粒子性，这个性质称为微观粒子的波粒二像性。光在跟物质作用时，主要表现出粒子的性质，光的粒子性表现在光具有量子化的能量，同时还具有动量，光的动量是光子的运动质量和速度的乘积。能量E=hν

动量P=h/λ渗透检测(PT)第3章光学基础光在传播时，主要表现出波动的性质，光的波动性表现在光具有波长和频率，当光通过狭缝时，会产生衍射现象。

b、波、机械波、电磁波振动的传播过程，称为波动，简称波。振动是产生波动的根源。波动是振动的结果，是物质的基本运动形式之一。波动可分称两大类，一类是机械波，另一类是电磁波。渗透检测(PT)第3章光学基础两者有很大的本质区别，不可混淆。机械波是机械振动在弹性介质中引起的波动过程。例如水波、声波、超声波等。电磁波则是电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在物体中或空间的传播过程，如无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线等。它们的区别只是频率（或波长）范围的不同，从而呈现出不同的特性。按照电磁波的频率（或波长）的大小排列起来形成电磁波谱，见图3-1。渗透检测(PT)第3章光学基础图3-1可见光的波谱渗透检测(PT)第3章光学基础人眼所能看见的光的波长范围约在400毫微米（紫光）至700毫微米（红光）之间。【1毫微米＝10-9m，又称为纳米，简记为nm】。图2-1显示眼睛对各种色光的相对灵敏度，其中以对波长为555nm（黄绿光）的光最为敏感。在光谱上波长小于紫光的区域，人眼看不见，称为紫外光；而波长大于红光的区域，人眼也是看不见，称为红外光。

例如：生活中的警示标志多使用黄色符号或以黄色作底色！渗透检测(PT)第3章光学基础

c、单色光复色光白光是由各种不同波长的光混合而成的一种复色光，可由白炽灯、日光灯或高压水银灯灯光源得到。可见光包括七种颜色的光，按照光的频率由低到高，依次为红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。光的颜色由光的频率决定，在可见光范围内，红光频率最低，紫光频率最高。红外线存在于红光区域以外，显著特性是热作用。紫外线存在于紫光区域以外，显著特性是化学作用。渗透检测(PT)第3章光学基础红外线、可见光和紫外线，它们产生的原因都是原子的外层电子受激发后跃迁而形成的。空间传播的光（包括不可见光），并不是连续的波，而是一份一份的，每一份叫做一个光子（光量子）。光子是组成光的最小单元,有能量和动量但没有质量。

d、光是能量物体被太阳照射时温度会升高，人的皮肤在阳光下曝晒太久会发烫，变红甚而脱皮。

渗透检测(PT)第3章光学基础

这说明光被吸收后产生热能，也就是说，光是一种能量。光能不只可转换为热能，它也可转换为电能、化学能。荧光渗透探伤时使用的紫外线（黑光）其波长范围为330－390nm，一般使用高压黑光水银灯得到；常用的荧光，其波长范围为510－－550nm，呈黄绿色。太阳光：波长是780～380nm，纯白色。白炽灯：波长为780～400nm，缺少紫光，故合成后光色略偏红黄。

渗透检测(PT)第3章光学基础荧光灯：波长为750～310nm，缺少红光，故合成后略带青色或呈青白色。

e、光源、光线

光源：一个光的辐射体，当光源的大小和其辐射能的作用距离相比可以忽略不计时，就称之为发光点，发光点被认为是一个既无体积又无大小的几何点。任何被成像的物体都是由无数发光点所组成。渗透检测(PT)第3章光学基础光线：用一条表示光传播的线来代表光，称之为光线，光线是一条携带能量的几何线。这种发光点和光线实际上是不存在的，只是人们用来方便理解和处理问题的一种方法。2光的特性

a、光源或发光体：能够发光的物体。太阳是最大的光源。热发光物体的温度很高而引起的发光；目视检测（VT）

第2章光学基础光致发光：许多原来在白光下不发光的物质，在紫外线等外辐射源的照射下，能够发光，这种现象称为光致发光。这种发光的时间，有长有短。荧光：有些物质的发光，当外辐射源停止作用后，经过极短的时间就消失了，这种发光称为荧光，这样的物质叫荧光物质。磷光：有些物质的发光，当外辐射源停止作用后，经过很长时间才停止发光，这种发光称为磷光，这样的物质叫磷光物质。渗透检测(PT)第3章光学基础

光的颜色是由受激发的原子种类决定。这几乎是在所有光源的最基本工作机制。这些光源的主要不同是在于激发原子的过程。在白炽灯光源里，原子是由通过加热来激发；而在灯管里，原子是通过化学反应来激发。

b、光的传播光在传播过程中会发生：反射、折射、衍射。直线传播定律：光在各向同性的均匀介质中是沿直线方向传播的。

渗透检测(PT)第3章光学基础针孔成像特点：是光直线传播的一种表现，当针孔直径小到0.01mm时，其成像就变得模糊了，这时由于孔的大小接近光的波长而发生衍射现象，也就是说这种情况下不再是直线传播的。

c、光的速度各色光在真空中具有完全相同的传播速度，C≈3×108m/s。光在其它物质中的传播的速度都小于在真空中的传播速度。渗透检测(PT)第3章光学基础

3光学中的基本物理量发光体实际上是一个电磁波辐射源。波长在400~760nm之间的电磁波称为“可见光”。辐射度学：研究电磁波辐射的学科；光度学：研究可见光的学科。

a、光通量F

概念：单位时间光源向空间发出的、使人产生光感觉的能量。设光源在t秒内总共辐射出的光能是W，我们就把辐射出来的光能W与辐射所经过的时间t之比称为光通量。目视检测（VT）

第2章光学基础

光通量是衡量光源发光多少的一个指标。以F表示，单位为光瓦。光瓦单位太大，常用国际流明（lm）作为实用单位，它们的关系是1光瓦=683流明（lm）。例：普通40W荧光灯的光通量为2200流明（100小时）。

＃发光效率（单位lm/w)：光源的发光效率，就是光源所发生的光通量和它所消耗的电功率之比，简称光效。单位：流明/瓦，符号：lm/W

。渗透检测(PT)第3章光学基础一般白炽灯泡的光效约为7～20lm/W；直管形荧光灯的光效约为30～60lm/W,所以使用荧光灯比使用白炽灯更能节约能源。

b、发光强度（光度）I

概念：光通量的空间密度，即单位立体角的光通量，也就是衡量光源发光强弱程度的量。光度以烛光（candela，简记为cd）为单位，国际单位为坎德拉（cd）。渗透检测(PT)第3章光学基础一支蜡烛的发光强度约为1cd；国产100W普通白炽灯的发光强度约为100cd；

对于均匀发光的光源

发光强度I=Φ/ω1cd的定义：光源在给定方向上，在每球面立体角内发出1/683=0.00145W频率540×1012Hz的单色辐射（即波长为555nm的单色光）通量时的发光强度。渗透检测(PT)第3章光学基础

c、照度

照度的概念：是受光表面上光通量的面密度，即单位面积的光通量。故照度是表示受光表面被照亮程度的一个量。以E表示，国际单位为勒克斯（Lx）。照度的大小取决于光源的发光强度，及被照体和光源之间的距离。例：自然光的照度大约如下：

100000Lx晴天的阳光直射下

10000Lx晴天时背阴处

20Lx晴天时室内角落

0.2Lx月夜

100～200Lx

一般办公室要求的照度渗透检测(PT)第3章光学基础一般学习的照度应不少于75Lx；在40W普通灯泡正下方1m处的照度约为30Lx；40W荧光灯正下方1.3m处的照度约为90Lx。

对于均匀照明的条件下

E=Φ/S

渗透检测(PT)第3章光学基础图3-2点光源向四面八方辐射渗透检测(PT)第3章光学基础

d、照度定律照度第一定律（照度的平方反比定律）：与距离的平方成反比；照度第二定律（照度的余弦定律）：与入射角的余弦成正比。点光源照度通式：E=Icosθ/r2渗透检测(PT)第3章光学基础

e、亮度概念：单元表面在某一方向上的光强密度，它等于该方向上的发光强度和此表面在该方向上的投影面积之比。即被视物体在视线方向单位投影面上的发光强度称为该物体表面的亮度。亮度往往是表示某个方向上的亮度。以B表示，单位：坎德拉每平方米，符号：cd/㎡、cd/㎝2

手电的聚光时觉得更亮就是这个道理。渗透检测(PT)第3章光学基础3-2对比度和可见度

a.对比度某个显示和围绕这个显示的背景之间的亮度和颜色之差，称为对比度。对比度可用两者间的反射光或发射光的相对量来表示。这个相对量称对比率。

试验表明，红色染料显示与白色显象剂背景之间的对比率为6:1，而荧光显示与不发荧光的背景之间的对比率却有300:1，甚至更大到1000:1。这是荧光探伤灵敏度较高的一个原因。渗透检测(PT)第3章光学基础

b.可见度可见度表征相对于背景及外部光等条件，渗透剂形成可用人眼直接观察到的缺陷显示的能力。图3-3显示的是人眼睛敏感特性图；在强白光下，对颜色和对比度的差别的辨别能力强，在暗光中（黑暗），对微弱发光体辨别能力强。人眼对黄绿光最敏感，荧光渗透检测时采用荧光渗透剂，在紫外线照射下，发黄绿光，因而缺陷显示在暗室里具有最好的可见度。渗透检测(PT)第3章光学基础图3-3人眼睛敏感特性图渗透检测(PT)第3章光学基础3-3缺陷显示尺寸缺陷容积越大，它容纳的渗透液就越多，留在缺陷中可供回渗的渗透液就越多，缺陷显示就越明显。显象剂显示的缺陷图像比缺陷的实际尺寸要大（见图3-4）。缺陷的长度是缺陷显示的主要尺寸，它能提供一个可供肉眼观察的实测尺寸。3-4裂纹检出能力

裂纹