《熱波雷達紅外成像新技術的研究與套用》是依託北京交通大學，由李騰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱波雷達紅外成像新技術的研究與套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：李騰
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目擬研究國外近年來一項最新的無損檢測技術-熱波雷達紅外成像技術。此技術以掃描雷射為紅外熱波激勵源，結合了雷達的脈衝壓縮技術，能對金屬、聚合物、半導體為材料的試件進行非接觸式的缺陷精密檢測及成像。此項技術較傳統的紅外成像系統成本低、便攜、同時具有更高的空間解析度及更大的缺陷深度檢測範圍，對更微小及更深處的缺陷形成更清晰的圖像。本項目擬通過對有不同缺陷的樣品進行三維鬼點熱傳導仿真，更深入理解熱波雷達技術的原理及調製光源和試件相互作用的機理，並找出最最佳化成像條件，以達到最好的成像效果，並希望通過圖像處理技術對缺陷進行特徵提取。通過對這項技術的深入的研究，希望能成功搭建國內首台便攜的熱波雷達熱成像儀，並用於鐵軌檢測，對我國的鐵路的安全穩定運營作出貢獻。總之，本項目將從理論分析、三維仿真及實驗三個方面對熱波雷達技術深入研究，以填補國內在這項無損檢測技術上的研究及套用空白。
結題摘要
本項目緊跟國外近年來的最新的無損檢測技術-熱波雷達紅外成像技術，同時獲得了創新性研究成果。此技術以掃描雷射為紅外熱波激勵源，結合了雷達的脈衝壓縮技術和其他激勵調製技術，對金屬、聚合物等材料的試件進行了非接觸式的缺陷精密檢測及成像。較傳統的紅外成像系統，其成本低、便攜，同時具有更高的空間解析度及更大的缺陷深度檢測範圍，對更微小及更深處的缺陷形成了更清晰的圖像。首先，項目對雷射熱波雷達的成像機理進行了深入的研究，改進了傳統熱像儀成像的相關處理技術，使成像深度提升了2-3倍；利用頻域的處理方法還加快了圖像處理的速度。其次，對三維“鬼點”模型的改進使得模型能夠對不同試件、各種缺陷及分層試件等情況進行仿真。仿真結果驗證了熱波雷達技術的優越性。此外，仿真通過分析激勵和溫度分布之間的關係，找出了成像深度、對比度和雷射調製頻率、能量等參數間的關係，即最優成像條件；根據空間解析度、信噪比、動態檢測範圍（尤其是成像深度）等方面的性能指標比較了不同的激勵技術。雖然數字調頻、相位編碼的調製方法簡單，頻域的方法計算速度快，但成像效果不如模擬線性調頻方法，不能利用相關技術將能量集中，提高信噪比。根據模糊原理，項目進一步利用模糊函式表征了各種技術的測量深度、精度和雜波抑制方面的能力。其中非線性調頻脈衝信號較線性調頻脈衝信號的模糊函式圖的距離解析度有較大提高。項目還設計了熱波雷達激勵信號的波形，使之自適應地與熱波雷達目標的環境相匹配，進一步地提高了信噪比。項目的重要研究成果是實現了雷射熱波雷達實驗平台的構建及實驗。項目首先實現了對近紅外光纖耦合的半導體雷射器的模擬及數字兩種調製及檢測電路。實驗結果顯示，數字調製及檢測電路較模擬法電路減少了相位正交誤差。其中，雷射的頻率調製採用了數字頻率合成技術（DDS）；濾波特性的設計保證了其有較大的鏡頻抑制比。此外，實驗平台增加了發射聚焦部分、紅外感測器檢測部分。實驗平台結構緊湊，可進一步用於現場檢測。項目還利用紅外熱像儀對實現的紅外熱波雷達成像系統進行了實驗驗證。最後，利用圖像處理的方法去除了雷射光源背景及噪聲，增強了缺陷信息的對比度；並且利用各種缺陷提取技術甄別缺陷；還利用視域和頻域的方法對缺陷進行了3D重建。總之，本項目從理論分析、三維仿真及實驗三個方面對熱波雷達技術進行了深入研究，基本實現了預期成果，填補了國內在這項無損檢測技術上的研究及套用空白。
