Подход к постобработке активной инфракрасной термографии на основе согласованного фильтра для неразрушающего контроля и оценки полимерных материалов, армированных углеродным волокном

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследуется эффективность инфракрасной термографии (IRT) в обнаружении глухих отверстий различной глубины и диаметра в образце полимера, армированного углеродным волокном (CFRP). В качестве источника тепла используются галогенные лампы, а также применяются три метода возбуждения: импульсная термография (PT), фиксированная термография (LT) и частотно-модуляционное изображение тепловых волн (FMTWI); кроме того, сравниваются два подхода к постобработке, кросс-корреляция (CC) и фаза частотной области (FDP) на полученных тепловых изображениях. Соотношение сигнал/шум (SNR) рассматривается как показатель для оценки эффективности каждого метода и связанных с ним подходов постобработки. Результаты показывают, что метод постобработки CC постоянно превосходит метод FDP в улучшении видимости дефектов и улучшении значений SNR при всех методах и конфигурациях возбуждения. Данное исследование подчеркивает потенциал IRT как надежного неразрушающего метода контроля для обнаружения и определения характеристик дефектов в выбранном образце CFRP.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Суреш Кумар Бхамбху

Индийский технологический институт Дели

Email: mulaveesala@sense.iitd.ac.in

Лаборатория инфракрасных изображений (IRIL), Центр датчиков, приборов и проектирования киберфизических систем (SeNSE)

 

Индия, 110016 Нью-Дели, Хауз Кхас

Ванита Арора

InfraRed Vision & Automation Pvt. Ltd.

Email: mulaveesala@sense.iitd.ac.in
Индия, 140001 Пенджаб, Рупнагар

Равибабу Мулависала

Индийский технологический институт Дели

Автор, ответственный за переписку.
Email: mulaveesala@sense.iitd.ac.in

Лаборатория инфракрасных изображений (IRIL), Центр датчиков, приборов и проектирования киберфизических систем (SeNSE)

Индия, 110016 Нью-Дели, Хауз Кхас

Список литературы

  1. Ibarra-Castanedo C., Sfarra S., Ambrosini D., Paoletti D., Bendada A., Maldague X. Diagnostics of panel paintings using holographic interferometry and pulsed thermography // Quant Infrared Thermogr. J. 2010. No. 7. P. 85—114. https://doi.org/10.3166/qirt.7.85-114
  2. Busse G. Optoacoustic phase angle measurement for probing a metal // Appl. Phys. Lett. 1979. V. 35. P. 759—760. https://doi.org/10.1063/1.90960
  3. Busse G. Optoacoustic and photothermal material inspection techniques // Appl. Opt. 1982. V. 21. P. 107—110. https://doi.org/10.1364/AO.21.000107
  4. Zhang H., Sfarra S., Saluja K., Peeters J., Fleuret J., Duan Y., Fernandes H., Avdelidis N., Ibarra-Castanedo C., Maldague X. Non-destructive Investigation of Paintings on Canvas by Continuous Wave Terahertz Imaging and Flash Thermography // J. Nondestr Eval. 2017. V. 36. https://doi.org/10.1007/s10921-017-0414-8
  5. Kladov D.Y., Chulkov A.O., Vavilov V.P., Stasevskii V.I. Effectiveness of Using Thermal Imagers of Various Types in Active Thermal Testing of Delaminations in Nonmetals // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023. V. 59 (7). P. 796—803.
  6. Yurkina V.A. Infrared thermography method to detect cracking of nuclear fuels in real-time //Nuclear Engineering and Design. 2023. V. 405. 112196. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2023.112196
  7. Ghali V.S., Mulaveesala R. Comparative data processing approaches for thermal wave imaging techniques for non-destructive testing // Sens Imaging. 2011. No. 12. P. 15—33. https://doi.org/10.1007/s11220-011-0059-0
  8. Vavilov V.P., Burleigh D.D. Review of pulsed thermal NDT: Physical principles, theory and data processing // NDT and E International. 2015. V. 73. P. 28—52. https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2015.03.003
  9. Vavilov V. Thermal non destructive testing: short history and state-of-art / QIRT Council, 1992. doi: 10.21611/qirt.1992.028
  10. Maldague X., Marinetti S. Pulse phase infrared thermography // J. Appl. Phys. 1996. V. 79. P. 2694—2698. https://doi.org/10.1063/1.362662
  11. Lee J., Georgitzikis E., Van Sieleghem E., Chang Y.T., Syshchy O., Li Y., Boulenc P., Karve G., Furxhi O., Cheyns D., Malinowski P.E. Image sensors for low cost infrared imaging and 3D sensing / In: Fulop G.F., Zheng L., Andresen B.F., Miller J.L. (eds.) Infrared Technology and Applications XLVI. p. 9. SPIE. 2020.
  12. Rani A., Das P., Sharma A., Arora V., Dua G., Mulaveesala R. Estimation of Defect Depth in Carbon Fibre Reinforced Polymer Using Frequency Modulated Thermal Wave Imaging: An Analytical Study // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023. V. 59 (1). P. 117—128.
  13. Carslaw H.S., Horatio S., Jaeger J.C., John C. Conduction of heat in solids. Oxford: Clarendon Press, 1959.
  14. Vavilov V.P. Thermal nondestructive testing of materials and products: a review // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. V. 53. P. 707—730. https://doi.org/10.1134/S1061830917100072
  15. Vavilov V.P. Thermal Nondestructive Testing: Development of Conventional Directions and New Trends (A Review) // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2023. V. 59. No. 6. P. 702—723.
  16. Ding L., Gorelik S., Wang P., Sadovoy A.V., Zhu Q., Ngo A.C.Y., Teng J. Reconfigurable Laser-Stimulated Lock-In Thermography for Surface Micro-Crack Detection // Sensors. 2023. V. 23. P. 4090. https://doi.org/10.3390/s23084090
  17. Meola C., Carlomagno G.M. Recent advances in the use of infrared thermography // Meas. Sci. Technol. 2004. V. 15. P. R27—R58. https://doi.org/10.1088/0957-0233/15/9/R01
  18. Ghali V.S., Mulaveesala R., Takei M. Frequency-modulated thermal wave imaging for non-destructive testing of carbon fiber-reinforced plastic materials // Meas. Sci. Technol. 2011. V. 22. https://doi.org/10.1088/0957-0233/22/10/104018
  19. Tuli S., Mulaveesala R. Defect detection by pulse compression in frequency modulated thermal wave imaging // Quant Infrared Thermogr. J. 2005. No. 2. P. 41—54. https://doi.org/10.3166/qirt.2.41-54
  20. Vavilov V.P. Pulsed thermal NDT of materials: back to the basics // Nondestructive Testing and Evaluation. 2007. V. 22. P. 177—197. https://doi.org/10.1080/10589750701448407
  21. Carlomagno G.M., Meola C. Comparison between thermographic techniques for frescoes NDT // NDT & E International. 2002. V. 35. P. 559—565. https://doi.org/10.1016/S0963-8695(02)00029-4
  22. Giorleo G., Meola C. Comparison between pulsed and modulated thermography in glass–epoxy laminates // NDT & E International. 2002. V. 35. P. 287—292. https://doi.org/10.1016/S0963-8695(01)00062-7
  23. Maidague X., Largoutit Y., Couturier J.-P. A study of defect depth using neural networks in pulsed phase thermography: modelling, noise, experiments. 1998.
  24. Arora V., Mulaveesala R., Bison P. Effect of Spectral Reshaping on Frequency Modulated Thermal Wave Imaging for Non-destructive Testing and Evaluation of Steel Material // J. Nondestr. Eval. 2016. V. 35. P. 1—7. https://doi.org/10.1007/s10921-015-0333-5
  25. Dua G., Arora V., Mulaveesala R. Nondestructive Testing and Evaluation of Glass Fiber Reinforced Polymer Composites Using Pulse Compression Favorable Analysis Approach // Russian Journal of Nondestructive Testing. V. 60 (5). P. 574—582.
  26. Vavilov V.P. Thermal nondestructive testing of materials and products: a review // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. V. 53 (10). P. 707—730. https://doi.org/10.1134/S1061830917100072

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Эскиз крестообразного образца из стали AISI 304 для испытаний на двухосное растяжение (а); рабочая зона двухосной испытательной машины с установленным крестообразным образцом из стали AISI 304 (б).

Скачать (195KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Синусоидальная тепловая характеристика на частоте 1 Гц (а); преобразование Фурье синусоидальной тепловой характеристики (б).

Скачать (236KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Тепловая характеристика с линейной частотной модуляцией (а); преобразование Фурье тепловой характеристики с линейной частотной модуляцией (б).

Скачать (295KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Схематически показан адаптированный подход к постобработке для получения изображений коэффициента корреляции: T(xref, yref, t) — эталонный температурный отклик; T(xi, yi, t) — заданное местоположение температурного отклика; FT — преобразование Фурье; IFT — обратное преобразование Фурье.

Скачать (80KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Импульсное сжатие линейного частотно-модулированного теплового отклика с помощью согласованного фильтра.

Скачать (482KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Схема извлечения магнитного и фазового изображений кадра с помощью подхода в частотной области.

Скачать (97KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Экспериментальная установка, используемая для активной инфракрасной термографии.

Скачать (397KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Схема экспериментального образца CFRP с дефектами различной глубины и диаметра.

Скачать (191KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Термограммы экспериментальных образцов углепластика, полученные с использованием различных схем термического возбуждения (PT, LT, FM) и соответствующих подходов к постобработке (CC и FDP): СС РТ на 71 с (а); FDP PT при 0,04 Гц (б); CC LT на 79 с (в); FDP LT при 0,05 Гц (г); СС FM на 88 с (д); FDP FM при 0,09 Гц (е).

Скачать (1MB)
Метаданные
11. Рис. 10. Графики SNR, полученные для экспериментального образца CFRP при использовании различных схем теплового возбуждения и соответствующих подходов к постобработке (кросс-корреляция и фазовый анализ в частотной области): CCPT на 71 с (а); FDP PT при 0,04 Гц (б); CCLT на 79 с (в); FDP LT при 0,05 ц (г); CC FM на 88 с (д); FDP FM при 0,09 Гц (е).

Скачать (1MB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025