機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)教材

1、機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)（討論課）紅外無(wú)損探傷班級(jí):成員：指導(dǎo)教師：完成日期：2015.09.23目錄 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 前言：2 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 紅外傳感器21.1定義21.2原理2 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 1.3分類(lèi)3 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 1.4組成成分3 HYPERLINK l bookmark26 o Curre

2、nt Document 1.5基本部件及作用 4 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 紅外無(wú)痕探傷5 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 2.1原理5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 2.2工業(yè)探測(cè)應(yīng)用62.2.1焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè) 62.2.2焊件內(nèi)部缺陷探測(cè)72.2.3疲勞裂紋探測(cè)72.3原理圖8 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 紅外傳感器的其他應(yīng)用8 HYPERLINK l bookmark

3、51 o Current Document 3.1夜視技術(shù)8 HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 3.2紅外探測(cè)器9 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 3.3紅外氣體分析儀9 HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 發(fā)展前景9 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 項(xiàng)目感想10 HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 參考文獻(xiàn)11前言：隨著科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，傳感器

4、的應(yīng)用也隨處可見(jiàn)。現(xiàn)如今， 傳感器也被大力應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，例如：電阻式傳感器、溫度傳感 器、濕度傳感器等。在工業(yè)生產(chǎn)中還有一種傳感器被廣泛引用，那就 是紅外傳感器。紅外傳感器在紅外無(wú)損探傷上的應(yīng)用極大的提高了對(duì) 工業(yè)產(chǎn)品的檢測(cè)技術(shù)，而且對(duì)于了解產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)也有很大幫助。本討論課以紅外無(wú)損探傷為切入點(diǎn)，通過(guò)查閱相關(guān)資料，對(duì)該技 術(shù)的原理、使用方法加以解釋。隨后粗略介紹該傳感器在其他領(lǐng)域的 其他的應(yīng)用及發(fā)展前景。本次討論課的分工如下：關(guān)鍵詞：紅外傳感器、紅外無(wú)損探傷、紅外輻射、金屬紅外傳感器1.1定義紅外傳感器是能將紅外輻射能轉(zhuǎn)換成電能的光敏器件。1.2原理工作機(jī)理：利用紅外輻射的熱效應(yīng)，探測(cè)器

5、的敏感元件吸收輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使某些有關(guān)物理參數(shù)發(fā)生相應(yīng)變化，通過(guò)測(cè) 量物理參數(shù)的變化來(lái)確定所吸收的紅外輻射。應(yīng)用基本定律有：基爾霍夫定律、玻爾茲曼定律、維恩位移定律。FET管座高阻引腳三紅外FET管座高阻引腳三紅外ffi射J % 高值電E TAnT 一 +H+-地3二70靖榆圈1.3分類(lèi)紅外傳感系統(tǒng)是用紅外線(xiàn)為介質(zhì)的測(cè)量系統(tǒng)，按照功能能夠分成 五類(lèi)：輻射計(jì)，用于輻射和光譜測(cè)量；搜索和跟蹤系統(tǒng)，用于搜 索和跟蹤紅外目標(biāo)，確定其空間位置并對(duì)它的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤；（3）熱成 像系統(tǒng)，可產(chǎn)生整個(gè)目標(biāo)紅外輻射的分布圖像;（4）紅外測(cè)距和通信系 統(tǒng)；（5 ）混合系統(tǒng)，是指以上各類(lèi)系統(tǒng)中的兩個(gè)或者多

6、個(gè)的組合。紅外傳感器根據(jù)探測(cè)機(jī)理可分成為:光子探測(cè)器（基于光電效應(yīng)） 和熱探測(cè)器（基于熱效應(yīng)）。1.4組成成分紅外線(xiàn)傳感器包括光學(xué)系統(tǒng)，檢測(cè)元件和轉(zhuǎn)換電路.光學(xué)系統(tǒng)按結(jié)構(gòu)不同可分為透射式和反射式兩類(lèi)。檢測(cè)元件按工 作原理可分為熱敏檢測(cè)元件和光電檢測(cè)元件.熱敏元件應(yīng)用最多的是 熱敏電阻.熱敏電阻受到紅外線(xiàn)輻射時(shí)溫度升高,電阻發(fā)生變化，通過(guò) 轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)輸出。光電檢測(cè)元件常用的是光敏元件，通常由 硫化鉛，硒化鉛，砷化銦,砷化銻，碲鎘汞三元合金，鍺及硅摻雜等材料 制成。1.5基本部件及作用1）待測(cè)目標(biāo)：根據(jù)其紅外輻射特性來(lái)對(duì)紅外系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)定2）大氣衰減：待測(cè)物的紅外輻射通過(guò)大氣層時(shí)會(huì)受到多種物

7、質(zhì)的影響 發(fā)生衰減現(xiàn)象3）光學(xué)接收器：用于接受部分紅外輻射并將其傳輸至紅外傳感器4）輻射調(diào)制器：又稱(chēng)為調(diào)制盤(pán)或斬波器，用于將紅外輻射調(diào)制成交變 的形式以提供待測(cè)物的方位信息，并濾除干擾信號(hào)5）紅外探測(cè)器：是紅外系統(tǒng)的核心，用于探測(cè)紅外輻射6）探測(cè)器制冷器：用于給系統(tǒng)制冷以提高工作效率7）信號(hào)處理系統(tǒng)：將信號(hào)進(jìn)行放大、濾波等處理以提取所需信息并將 有效信息輸送至顯示設(shè)備8）顯示設(shè)備：是紅外系統(tǒng)的終端設(shè)備，用于有效信息的顯示紅外無(wú)痕探傷2.1原理紅外無(wú)損探傷儀可以用來(lái)檢查部件內(nèi)部缺陷，對(duì)部件結(jié)構(gòu)無(wú)任 何損傷。例如，檢查兩塊金屬板的焊接質(zhì)量，利用紅外輻射探傷儀能 十分方便地檢查漏焊或缺焊;為了檢測(cè)金

8、屬材料的內(nèi)部裂縫,也可利 用紅外探傷儀。將紅外輻射對(duì)金屬板進(jìn)行均勻照射，利用金屬對(duì)紅外 輻射的吸收與縫隙（含有某種氣體或真空）對(duì)紅外輻射的吸收所存在 的差異，可以探測(cè)出金屬斷裂空隙。當(dāng)紅外輻射掃描器連續(xù)發(fā)射一定 波長(zhǎng)的紅外光通過(guò)金屬板時(shí)，在金屬板另一側(cè)的紅外接收器也同時(shí)連 續(xù)接收到經(jīng)過(guò)金屬板衰減的紅外光；如果金屬板內(nèi)部無(wú)斷裂,輻射掃 描器在掃描過(guò)程中，紅外接收器收到的是等量的紅外輻射;如果金屬 板內(nèi)部存在斷裂，紅外接收器在輻射掃描器在掃描到斷裂處時(shí)所接收 到的紅外輻射值與其他地方不一致，利用圖像處形技術(shù)，就可以顯示 出金屬板內(nèi)部缺陷的形狀。2.2工業(yè)探測(cè)應(yīng)用2.2.1焊接缺陷的無(wú)損檢測(cè)焊口表面

9、起伏不平，采用X光、超聲波、渦流等方法難于發(fā)現(xiàn)缺 陷。紅外無(wú)損檢測(cè)則不受表面形狀限制，能方便和快速地發(fā)現(xiàn)焊接區(qū) 域的各種缺陷。如下圖有兩塊焊接的金屬板，其中（a）圖焊接區(qū)無(wú)缺陷；（b） 圖焊接區(qū)有一氣孔。若將一交流電壓加載焊接區(qū)的兩端，在焊口上會(huì) 有交流電流通過(guò)。由于電流的集膚效應(yīng)，靠近表面的電流密度將比下 層大。由于電流的作用，焊口將產(chǎn)生一定的熱量，熱量的大小正比于 材料的電導(dǎo)率和電流密度的平方。在沒(méi)有缺陷的焊接區(qū)內(nèi)，電流分布 是均勻的，各處（氣孔）的電阻很大，在這一區(qū)域損耗增加，溫度升 高。應(yīng)用于紅外測(cè)溫設(shè)備即可清楚地測(cè)量出熱點(diǎn)，由此可以斷定熱點(diǎn) 下面存在著焊接缺陷。采用交流電加熱的好處是

10、可以通過(guò)改變電源頻率來(lái)控制電流的 透入深度。低頻電流透過(guò)較深，對(duì)發(fā)現(xiàn)內(nèi)部深處缺陷有利；高頻電流 集膚效應(yīng)強(qiáng)，表面溫度特性比較明顯。但表面電流密度增加后，材料 可能達(dá)到飽和狀態(tài)，它可變更電流沿深度方向分布，使近表面產(chǎn)生的 電流密度趨向均勻，給探測(cè)造成不利。圖5-60焊接缺陷檢測(cè)表面電流情況 a）無(wú)焊接缺陷b）有焊接缺陷2.2.2焊件內(nèi)部缺陷探測(cè)當(dāng)紅外無(wú)損探傷時(shí)，只需在鑄件內(nèi)部通過(guò)液態(tài)氟利昂冷卻，使冷 卻通道內(nèi)有最好的冷卻效果。然后利用紅外熱成像儀快速掃描鑄件整 個(gè)表面，如果通道內(nèi)有殘余型芯或壁厚不均，在熱圖即可明顯地看出。 冷卻通道通暢，冷卻效果良好，熱圖顯示一系列均勻的白色條紋；加 入通道阻塞

11、，冷卻液體受阻，則在受阻處顯示黑色條紋。2.2.3疲勞裂紋探測(cè)下圖為對(duì)飛機(jī)或?qū)椕善みM(jìn)行疲勞裂紋探測(cè)示意圖。為了探測(cè)出 疲勞裂紋位置，采用一個(gè)點(diǎn)輻射在蒙皮表面一個(gè)小面積上注入能量， 然后，用紅外輻射溫度計(jì)測(cè)量表面溫度。如果在蒙皮表面或附近存在 疲勞裂紋，則熱傳導(dǎo)受到影響，在裂紋附近能量不能很快傳輸出去， 使裂紋附近表面溫度很快升高。輻射汁熱源&位置圖5-61疲勞裂紋探測(cè)樣品掃描示意圖2.3原理圖紅外傳感器的其他應(yīng)用3.1夜視技術(shù)照相機(jī)中利用紅外線(xiàn)傳感器實(shí)現(xiàn)夜視功能。黑暗環(huán)境下，攝像機(jī) 會(huì)發(fā)出肉眼看不到的紅外光線(xiàn)去照亮被拍攝的物體，關(guān)掉紅外濾光鏡, 不阻擋紅外線(xiàn)進(jìn)入CCD,紅外線(xiàn)經(jīng)物體反射后進(jìn)入

12、鏡頭進(jìn)行成像，得到 由紅外線(xiàn)反射所成的影像，即此時(shí)可拍攝到下肉眼看不到的影像。3.2紅外探測(cè)器紅外系統(tǒng)的核心是紅外探測(cè)器，按照探測(cè)的機(jī)理的不同，可以分 為熱探測(cè)器和光子探測(cè)器兩大類(lèi).以熱探測(cè)器為來(lái)分析。熱探測(cè)器是 利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，使探測(cè) 器中依賴(lài)于溫度的性能發(fā)生變化。檢測(cè)其中某一性能的變化，便可探 測(cè)出輻射。多數(shù)情況下是通過(guò)熱電變化來(lái)探測(cè)輻射的。當(dāng)元件接收輻 射，引起非電量的物理變化時(shí)，可以通過(guò)適當(dāng)?shù)淖儞Q后測(cè)量相應(yīng)的電 量變化。3.3紅外氣體分析儀紅外線(xiàn)氣體分析儀,是利用紅外線(xiàn)進(jìn)行氣體分析，它基于待分析 組分的濃度不同,吸收的輻射能不同，剩下的輻射能使得檢

13、測(cè)器里的 溫度升高不同，動(dòng)片薄膜兩邊所受的壓力不同,從而產(chǎn)生一個(gè)電容檢 測(cè)器的電信號(hào)，這樣，就可間接測(cè)量出待分析組分的濃度，根據(jù)紅外 輻射在氣體中的吸收帶的不同,可以對(duì)氣體成分進(jìn)行分析。發(fā)展前景紅外探測(cè)器應(yīng)用可以用于非接觸式的溫度測(cè)量，氣體成分分析， 無(wú)損探傷，熱像檢測(cè)，紅外遙感以及軍事目標(biāo)的偵察，搜索，跟蹤和通 信等。紅外傳感器的應(yīng)用前景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，將會(huì)更加廣 闊。在將來(lái)的發(fā)展中，主要在紅外傳感器的性能和靈敏度將會(huì)二較大 的提高。發(fā)展趨勢(shì)主要有：智能化：目前的紅外傳感器主要結(jié)合外圍設(shè)備來(lái)使用,而智能 傳感器內(nèi)置微處理器，能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器與控制單元的雙向通信，具有 小型化，數(shù)字通信，

14、維護(hù)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，能夠單獨(dú)作為一個(gè)模塊獨(dú)立工 作。微型化:傳感器微型化一個(gè)必然趨勢(shì)?，F(xiàn)在應(yīng)用中，由于紅外 傳感器的體積問(wèn)題，導(dǎo)致其使用程度遠(yuǎn)不如熱電隅來(lái)的好。所以紅外 傳感器微型化便攜與否對(duì)其發(fā)展前途的影響是不可忽略的。高靈敏度及高性能：在醫(yī)學(xué)上，人體體溫測(cè)試方面，紅外傳感 器因測(cè)量的快速性而得到了相當(dāng)?shù)膽?yīng)用，但局限于其準(zhǔn)確度不高而沒(méi) 辦法取代現(xiàn)有的體溫測(cè)量方法。因此，紅外傳感器高靈敏度及高性是 其未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)。雖然現(xiàn)階段的紅外傳感器還有很多的不足，但紅外傳感器已經(jīng) 在現(xiàn)代化的生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)揮著它的巨大作用，隨著探測(cè)設(shè)備和其他部 分的技術(shù)的提高，紅外傳感器能夠擁有更多的性能和更好的靈敏度， 也將有更廣闊的應(yīng)用范圍。項(xiàng)目感想經(jīng)過(guò)本次討論課，我們通過(guò)查找資料了解紅外