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热成像检测中材料表面热发射率影响机理及其抑制方法

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摘要

现代科技的不断进步，促使着人们对机械设备以及重大结构的质量安全提出的要求越来越高。红外热成像作为一种新型的无损检测技术，在设备安全运行保障，产品质量控制方面的作用受到越来越高的重视。热成像检测中，材料表面热发射率发挥的作用不容小觑。热发射率的不均匀分布会导致热图像产生虚假的“高低温”现象，严重地影响和干扰了热成像检测的结果。目前已有不少国内外学者开始关注抑制热发射率的影响，但表面热发射率不均匀影响热成像的本质原因却常常被忽略。因此，本文研究材料表面热发射率对热成像的影响机理，并在影响机理的基础上讨论有效抑制热发射率不均匀的方法。
　　本文基于热成像无损检测，利用理论推导、数值仿真、实验验证进行热发射率影响机理的研究，并从三个角度讨论抑制表面热发射率不均匀的方法。重点阐述基于图像区域信息提取的异常区域定位法，并利用实验进行了可行性验证：该方法在实现较好的抑制热发射率不均匀的同时，达到了缺陷特征增强的效果。本文主要研究内容有以下几个方面：
　　(1)研究热成像无损检测系统的基本理论和热发射率基本情况，并探究热发射率对热成像的影响。由红外热成像理论基础，分析理解红外热成像无损检测技术检测缺陷原理。从理论和实验结果两个方面，分析热发射率对热成像的影响形式。
　　(2)建立有限差分热传递模型，讨论热发射率影响机理。基于有限差分方法和热传递基本理论建立热传递仿真模型。在热传递模型的基础上，结合数值仿真和实验，验证热发射率对温度的影响可以忽略。基于该结论，深入剖析热发射率影响热成像的本质，即材料表面热发射率是以幅值的形式影响热成像检测结果，并未改变其信号随时间的变化规律。
　　(3)探索在热成像检测中抑制材料表面热发射率不均匀的方法。基于热发射率与温度的关系，分别从温度与热发射率分离、曲线形态相似性以及图像区域信息提取三个方面讨论抑制表面热发射率不均匀的方法。由于前两个方面存在或效率低下或丢失原始信号幅值信息等问题，因此本文重点从一种新的分析思维——图像区域信息提取，来研究抑制热发射率的异常区域定位法。实验测试表明，该方法在实现较好的抑制热发射率不均匀的同时，达到了缺陷特征增强的效果。

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