基于红外热成像的结构缺陷检测技术研究

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红外热成像检测具有其非接触、快速、检测面积大等特点,是一种极具潜力的无损检测方法。本文基于红外热成像技术,对FRP加固混凝土结构层间缺陷检测技术进行了研究,主要的技术有:红外热成像检测实验及热像图的处理技术;红外热成像检测的热传导模型及有限元分析计算;红外热像图算法处理技术;脉冲相位成像检测技术。从定性和定量的多重方面对问题进行了分析。近年来采用FRP加固混凝土梁和柱成为建筑物加固领域的一种流行方式,而FRP与混凝土之间的界面剥离破坏行为一直是研究的热点之一。红外热成像技术应用于建筑检测领域尚属于初级阶段,而应用于FRP加固混凝土结构界面缺陷检测中,包括CFRP和BFRP,研究成果甚少,但已经展现相当大的潜力。因此,本文将使用实验和模拟的手段对FRP布加固混凝土结构的界面缺陷进行研究。探究各个环境要素对其影响关系,为后续的研究提供理论基础和实验数据。具体内容如下:首先在红外热传导分析的基础上,制作了CFRP布加固混凝土的试件,并预留了层间缺陷,对缺陷深度和面积大小进行了定性检测,分析了各个缺陷表面温度变化和对比度变化的关系及其影响因素。随后建立有限元模型模拟实验,验证了之前的结论。红外热成像技术虽然成像面积大且非接触的优点,但易受环境影响,热像图分辨率较低,我们使用常用的图像处理算法对FRP布加固混凝土结构的层间缺陷进行了分析,显著提高了成像效果,并分析了各种算法的特点。同时改进原有梯度算法,提出了基于中心旋转的梯度算法。使用梯度算法对试件缺陷的面积大小进行了检测,在缺陷面积大小的定量分析中,根据时间序列图像中缺陷面积大小检测变化的规律,确定缺陷面积大小检测的最佳时间段,分析了影响定量检测的因素。通过实验结果,对之前的检测算法进行了比较,通过中心旋转的梯度算法显著的提高了检测精度。脉冲相位热成像检测技术(PPT)是近年来出现的新型红外无损检测技术,具有抗干扰、探测深度更深等特点。针对该算法对于BFRP布加固混凝土结构的层间缺陷检测的空白,使用PPT技术实现了检测并定位其内部缺陷。通过一定的经验试算,准确的获取缺陷信号的盲频,并提出了一种新的结果校正方法。最后通过C#编程,设计并实现了红外热成像处理软件,实现了一些较为困难的功能,如快速准确的将红外热原始图像进行处理并导入数据库等。方便了科研与工程人员的实时检测和数据处理工作。
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