李 波，陳俊衛(wèi)，劉卓毅，白 潔，樊 磊，張 聰，郭舉富

鎖相紅外檢測(cè)技術(shù)對(duì)耐候涂層厚度的評(píng)估

李 波1，陳俊衛(wèi)1，劉卓毅2，白 潔1，樊 磊1，張 聰3，郭舉富4

（1. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽(yáng) 550002；2. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550001；3. 海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，海南 ?？?570100；4. 貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司貴陽(yáng)供電局，貴州 貴陽(yáng) 550002）

輸變電設(shè)施的金屬構(gòu)件容易受溫度、濕氣等氣候因素影響而發(fā)生侵蝕，因此通常需要在其表面噴涂耐候保護(hù)涂層。為了確保涂層厚度符合要求，需要對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。針對(duì)現(xiàn)有檢測(cè)方法的不足，本文采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)耐候涂層厚度進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估。首先采用制作的標(biāo)準(zhǔn)涂層試件對(duì)該方法測(cè)厚的原理與重復(fù)性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證了該技術(shù)對(duì)涂層厚度的評(píng)估的可靠性與穩(wěn)定性；其后采用厚度均勻過(guò)渡的耐候涂層試片進(jìn)行測(cè)試，采用試片上定標(biāo)點(diǎn)的相位值擬合出定標(biāo)曲線，并利用該曲線測(cè)量出試片上驗(yàn)證點(diǎn)的厚度信息。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，測(cè)量厚度與真實(shí)厚度誤差在±5%以?xún)?nèi)，采用相位圖像可以對(duì)耐候涂層厚度與均勻度進(jìn)行有效測(cè)量與評(píng)估。

鎖相紅外；涂層厚度；耐候涂層；相位圖

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力電源設(shè)備行業(yè)發(fā)展迅速，電網(wǎng)建設(shè)規(guī)模在持續(xù)增長(zhǎng)，電力輸送、資源配置能力持續(xù)提升[1]。作為電網(wǎng)主要結(jié)構(gòu)的輸電線路、桿塔等金屬構(gòu)件，對(duì)保障電網(wǎng)安全十分重要，金屬構(gòu)件最常用的材料是鋼、銅、鋁及其合金。然而在實(shí)際服役過(guò)程中，受溫度、濕氣等氣候因素和環(huán)境污染的影響，輸變電材料過(guò)早失效，耐候性問(wèn)題日益突出，降低了其使用壽命，造成了不可挽回的經(jīng)濟(jì)損失[2]。對(duì)輸變電材料進(jìn)行耐候涂層防護(hù)是最有效、最直接、最普遍、最經(jīng)濟(jì)的方式之一[3]。用于輸變電金屬構(gòu)件的涂層體系有很多，環(huán)氧涂層作為一種耐腐蝕涂層，具有優(yōu)良的耐酸堿特性，是輸變電金屬構(gòu)件涂層體系的一部分，輸變電金屬構(gòu)件耐候涂層一般具有多層結(jié)構(gòu)，分為涂層底漆、中間漆和面漆。耐候涂層具有抵抗紫外線照射、耐受濕度、風(fēng)雨、溫度變化等對(duì)基體構(gòu)建的破壞的功能，因而對(duì)耐候涂層的厚度有較為嚴(yán)格的規(guī)定[4]。目前對(duì)涂層厚度的檢測(cè)使用的方法包括探針?lè)?、光學(xué)法[5-6]。探針?lè)▽儆诮佑|式的檢測(cè)，且每次只能檢測(cè)單個(gè)點(diǎn)厚度信息；光學(xué)法要求涂層具有透明特性，所以無(wú)法檢測(cè)輸變電構(gòu)建中的非透明涂層。

鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是國(guó)際上積極發(fā)展的新型數(shù)字無(wú)損檢測(cè)技術(shù)[7-9]，相比于脈沖紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的熱激勵(lì)能量更小、可檢測(cè)的深度更深，對(duì)熱激勵(lì)均勻性要求更低，環(huán)境因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響更小。劉俊巖[10]等采用紅外鎖相熱波檢測(cè)技術(shù)對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)及焊構(gòu)件進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果基本一致，結(jié)果表明采用該方法可以有效獲取缺陷位置、大小和深度信息；江海軍[11]等采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)碳纖維蜂窩板進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)表明該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)碳纖維蜂窩板缺陷檢測(cè)；陳林[12]等對(duì)紅外鎖相無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，從數(shù)值角度計(jì)算了鎖相最佳調(diào)制頻率的理論依據(jù)；張金玉[13]等采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)2mm厚涂層進(jìn)行了研究，結(jié)果表明通過(guò)缺陷與無(wú)缺陷相位差可有效檢測(cè)缺陷。針對(duì)目前對(duì)耐候涂層檢測(cè)方法的不足，本文采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)耐候涂層進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估。

1 鎖相檢測(cè)原理

1.1 鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)

鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在原理上有別于脈沖紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)使用的是周期性熱源，通過(guò)鎖相方式對(duì)噪聲進(jìn)行抑制，提取單頻熱波響應(yīng)信號(hào)。它結(jié)合了紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與數(shù)字鎖相技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，降低了對(duì)熱激勵(lì)源能量密度的要求，也降低了對(duì)熱激勵(lì)均勻性及試件表面熱輻射一致性的要求，并可以通過(guò)增加檢測(cè)時(shí)間來(lái)提高檢測(cè)結(jié)果的信噪比，因此探測(cè)靈敏度和探測(cè)能力得到了很大地提高，可以獲得材料結(jié)構(gòu)的更多信息。

鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)原理如圖1所示，系統(tǒng)由熱像儀、鎖相系統(tǒng)、熱激勵(lì)源、圖像處理及控制系統(tǒng)組成，控制系統(tǒng)通過(guò)鎖相模塊控制光源調(diào)制出周期性熱激勵(lì)，熱激勵(lì)源光源可以為鹵素?zé)?、紅外燈、LED等。

鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)使用周期性熱激勵(lì)源對(duì)試件表面進(jìn)行周期性的加熱；若試件內(nèi)部有缺陷或者異常，熱波傳播到此處會(huì)被反射回表面，對(duì)表面的熱波信號(hào)產(chǎn)生周期性的影響，若表面缺陷很小或者異常信號(hào)表現(xiàn)的很微弱，無(wú)法從原始的紅外熱圖序列中分辨出來(lái)，采用鎖相方式可以提取到與鎖相頻率相同的信號(hào)振幅和相位。

圖1 鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理圖

1.2 鎖相原理

對(duì)于周期性熱激勵(lì)源，正弦調(diào)制熱激勵(lì)源密度為：

式中：熱激勵(lì)源峰值強(qiáng)度為0；熱激勵(lì)源頻率為；亦稱(chēng)鎖相頻率。

在周期性的熱激勵(lì)源作用下，試件表面每一點(diǎn)都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)同頻率的周期性溫度信號(hào)()：

式中：為幅度信號(hào)；為熱激勵(lì)頻率；為相位值。通過(guò)鎖相技術(shù)提取同頻率下采集信號(hào)的相位和振幅，在實(shí)際應(yīng)用中，目標(biāo)信號(hào)通過(guò)伴隨噪聲信號(hào)()后采集信號(hào)變?yōu)椋?/p>

()＝()＋() (3)

假定采集信號(hào)()的同參考頻率下余弦信號(hào)c()和正弦信號(hào)s()分別為：

c()＝cos(2p) (4)

s()＝sin(2p) (5)

以紅外熱像儀幀頻s為采樣頻率對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散化，則單個(gè)周期采樣點(diǎn)為＝s/，取個(gè)周期，共采集次數(shù)為＝×，采集到的信號(hào)序列()為：

將采集到的信號(hào)序列與參考的余弦信號(hào)和正弦信號(hào)進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，可以得到c和s信號(hào)：

通過(guò)相關(guān)信號(hào)操作即去除與鎖相頻率無(wú)關(guān)的雜散噪聲，通過(guò)對(duì)上述信號(hào)計(jì)算可以得到振幅信號(hào)和相位信號(hào)：

對(duì)采集到的紅外熱圖序列每一個(gè)像素點(diǎn)采用鎖相方式提取采集信號(hào)中與鎖相頻率相同頻率下的振幅和相位，可以得到每一個(gè)像素點(diǎn)的振幅和相位，從而可以得到振幅圖像和相位圖像，實(shí)現(xiàn)鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)對(duì)缺陷檢測(cè)或者厚度信息的測(cè)量。

脈沖紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，采集上百、上千幀紅外熱圖序列，通過(guò)觀察紅外熱圖序列中前后熱圖的變化，發(fā)現(xiàn)紅外圖像中熱波信號(hào)異常區(qū)域，進(jìn)而判斷缺陷；鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)通過(guò)紅外熱像儀采集試件表面的隨熱激勵(lì)源周期性變化的熱波信號(hào)，結(jié)果輸出僅2張圖像：振幅圖和相位圖。2張圖像的輸出結(jié)果對(duì)于缺陷或者異常信息的判斷帶來(lái)了便利，其主要研究檢測(cè)信號(hào)和熱激勵(lì)信號(hào)之間的相位關(guān)系，鎖相技術(shù)通過(guò)鎖相技術(shù)方式對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行抑制，提取單頻率信號(hào)，有利于把微弱信號(hào)從背景中提取出來(lái)。鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)獲得振幅圖像和相位主要方式包括：傅里葉變換法、四點(diǎn)法、相關(guān)函數(shù)法，文中通過(guò)傅里葉變換法得到相位和振幅圖像。

2 試樣和試樣系統(tǒng)

為了驗(yàn)證鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)金屬表面涂層厚度檢測(cè)方法有效性，制作了不同厚涂層的標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)涂層試件由8個(gè)小試件構(gòu)成，編號(hào)為1～8（從左到右，從上到下），每一個(gè)小試件涂層基板為鋁試塊，尺寸為10mm×10mm×2 mm，涂層厚度分別為21mm、31mm、42mm、85mm、109mm、127mm、141mm、152mm，涂層為普通漆層，用標(biāo)準(zhǔn)的試件驗(yàn)證搭建系統(tǒng)的有效性與可靠性。最后使用耐候涂層試件進(jìn)行檢測(cè)與評(píng)估。

試驗(yàn)中采用的鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)由紅外熱像儀、控制處理系統(tǒng)（計(jì)算機(jī)）、同步觸發(fā)器、信號(hào)發(fā)生器、激勵(lì)源組成，激勵(lì)源為峰值功率為1000W的LED燈，函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)過(guò)功率放大器放大后控制鹵素?zé)舢a(chǎn)生周期性的熱激勵(lì)。紅外熱像儀為FLIR A655sc，分辨率為640×480，等效噪聲溫差（noise equivalent temperature difference, NETD）低于50mK，工作波段為7.5～14mm，幀頻為50Hz。鎖相理論中論述周期性熱源都是基于余弦變化，實(shí)際上余弦變化的熱源實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常困難，熱源具有熱積累效應(yīng)，產(chǎn)生的熱源都會(huì)產(chǎn)生畸變，試驗(yàn)中采用方波熱源替代余弦變化的熱源。假設(shè)方波熱源功率為()，對(duì)()進(jìn)行傅里葉變換，進(jìn)一步得到：

式(11)表明對(duì)頻率為的方波熱源做傅里葉變換可以等效于直流熱源和頻率為、3、5、…的交流熱源疊加，在鎖相過(guò)程中，直流分量被抑制，僅需考慮交流分量在加熱過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)的影響。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 標(biāo)準(zhǔn)涂層試件

標(biāo)準(zhǔn)涂層試件可見(jiàn)光圖像如圖2所示，標(biāo)注涂層試件由8個(gè)小試件構(gòu)成，編號(hào)為1～8（從左到右，從上到下）。

圖2 標(biāo)注涂層試件可見(jiàn)光圖像

根據(jù)本試驗(yàn)所研究的涂層深度與相位關(guān)系，設(shè)定鎖相調(diào)制頻率為0.17Hz，采集頻率為50Hz，采集時(shí)間50s。

采集完成以后通過(guò)鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)軟件進(jìn)行處理，得出振幅與相位圖，不同厚度涂層其振幅和相位如圖3所示。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)涂層試件檢測(cè)結(jié)果

為了驗(yàn)證涂層厚度與相位的關(guān)系，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了6次重復(fù)試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了3階擬合，其結(jié)果如圖4所示，多次測(cè)量的相位值比較固定，穩(wěn)定性與重復(fù)性良好，可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)涂層試件厚度與相位值曲線擬合，利用曲線對(duì)試件厚度進(jìn)行測(cè)量。

圖4 標(biāo)準(zhǔn)涂層試件厚度與相位關(guān)系

3.2 耐候涂層試件

耐候涂層試件大小為150mm×100mm×3mm，如圖5所示，在制作涂層過(guò)程中制作了基本均勻過(guò)渡的涂層，涂層從左到右厚度從100mm逐漸過(guò)渡到200mm，耐候涂層的作用主要是耐候性，承受室外氣候的考驗(yàn)，保護(hù)基底材料不受腐蝕，耐候涂層由多種漆層構(gòu)成，本次耐候漆試件底漆為環(huán)氧富鋅底漆，面層為醇酸防銹漆。

圖5 耐候涂層可見(jiàn)光圖像

實(shí)驗(yàn)的鎖相頻率為0.17Hz，采集頻率為50Hz，采集時(shí)間50s，單個(gè)周期時(shí)間為5.88s，單個(gè)周期采集圖像幀數(shù)為294，采集總圖像幀數(shù)為2500，共歷經(jīng)8.5個(gè)加熱周期。鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，在單個(gè)熱激勵(lì)過(guò)程，試件表面的熱波信號(hào)分為兩個(gè)過(guò)程，升溫過(guò)程和冷卻過(guò)程，采用同步觸發(fā)器控制，可以確保熱激勵(lì)開(kāi)始的瞬間同步開(kāi)始采集紅外圖像，因而可以采集到升溫和冷卻過(guò)程全部紅外圖像。以開(kāi)始加熱的第一個(gè)周期為例，取第0s、1s、3s、5.4s時(shí)刻的紅外圖像，如圖6所示。采集圖像共2500幀，取前2048幀圖像，進(jìn)行傅里葉變換，將得到不同頻率下的振幅和相位，獲取每一個(gè)像素點(diǎn)在鎖相頻率0.17Hz下的振幅和相位，構(gòu)成振幅圖和相位圖，如圖7所示，從相位圖像上可以清晰看到涂層從左到右的厚度變化。振幅圖和相位圖與原始紅外圖像對(duì)比，一方面，噪聲水平更低，鎖相在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中起到了抑制噪聲的效果；另一方面，相位圖像邊緣輪廓更清晰，圖像對(duì)比度更為明顯，鎖相在處理數(shù)據(jù)過(guò)程中有增強(qiáng)圖像的效果。

鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)利用了熱波的特性，信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中產(chǎn)生了類(lèi)似于電磁波特性的溫度場(chǎng)，信號(hào)在周期性調(diào)制過(guò)程中，試件表面的溫度信號(hào)也會(huì)發(fā)生周期性變化，并且隨著試件內(nèi)部缺陷深度、缺陷熱學(xué)性質(zhì)等不同，試件表面的溫度信號(hào)與調(diào)制信號(hào)有固定的相位差，這些相位差構(gòu)成了相位圖像，通過(guò)相位圖對(duì)試件進(jìn)行缺陷或者厚度的檢測(cè)。

4 結(jié)果分析

為了探索與評(píng)估鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)金屬表面涂層有效性，對(duì)相位圖中直線相位值進(jìn)行空間曲線分析，并且取實(shí)直線上的4個(gè)點(diǎn)、、、進(jìn)行原始曲線分析，虛直線上點(diǎn)、、、主要用于驗(yàn)證厚度測(cè)量點(diǎn)，直線和取點(diǎn)示意圖如圖8所示。

圖6 耐候涂層第1周期不同時(shí)刻原始紅外圖像

圖7 耐候涂層檢測(cè)結(jié)果圖像

圖8 耐候涂層取點(diǎn)/線示意圖

4.1 原始時(shí)間曲線分析

實(shí)驗(yàn)中采用LED熱激勵(lì)源，熱激勵(lì)功率為1000W，熱激勵(lì)源采用方波形式加載，空占比為50%，鎖相頻率為0.17Hz，即周期為5.88s，熱激勵(lì)時(shí)間為2.94s，冷卻時(shí)間為2.94s，共8.5個(gè)周期，50s。

圖9為耐候涂層表面、、、四個(gè)點(diǎn)的溫升時(shí)間曲線，從曲線圖中可以看出，單個(gè)周期內(nèi)，溫度變化的范圍大致在1.5℃以?xún)?nèi)，說(shuō)明單個(gè)周期內(nèi)溫升不是很高，在溫差較小范圍內(nèi)采用非制冷紅外熱像儀采集的原始數(shù)據(jù)信噪比不會(huì)太高，從第1周期不同時(shí)刻原始圖像可以印證，能明顯看到噪聲存在。由于熱源的累積效應(yīng)，在冷卻階段并不能把溫度下降到熱激勵(lì)之前的溫度，因而下一個(gè)周期的平均溫度比前一個(gè)周期平均溫度要高。在熱激勵(lì)初期，溫度上升陡峭，在熱激勵(lì)結(jié)束后的冷卻時(shí)間段，溫度下降很快，只有在熱激勵(lì)期間，4個(gè)點(diǎn)的曲線才能發(fā)生分離，熱激勵(lì)結(jié)束進(jìn)入冷卻階段，4個(gè)點(diǎn)的曲線基本重疊在一起；通過(guò)千分尺測(cè)量出、、、四個(gè)點(diǎn)涂層厚度分別是108mm、145mm、164mm、185mm，涂層厚度是逐漸增加，涂層越厚，熱波在涂層的時(shí)間就越久，熱波傳播到基底材料的時(shí)間就越晚，由于基底材料是合金金屬，金屬的熱導(dǎo)率要高于涂層，熱波越早傳播到基底，溫度下降的就越快。因而4個(gè)點(diǎn)的溫度中，曲線點(diǎn)，涂層厚度最小，溫度曲線峰值最低；曲線點(diǎn)，涂層厚度最厚，溫度曲線峰值最高。

圖9 耐候涂層不同點(diǎn)溫升-時(shí)間曲線

4.2 相位圖空間曲線分析

圖10所示為耐候涂層相位圖中圖8標(biāo)注線的空間曲線，從空間曲線圖中看出，除去邊緣部分，空間曲線基本滿(mǎn)足正相關(guān)，耐候涂層越薄，相位值越小，耐候涂層越厚，相位值越大。、、、對(duì)應(yīng)的相位值分別為－78.9°、－69.7°、－62.1°、－57.4°，對(duì)4個(gè)點(diǎn)的相位值和對(duì)應(yīng)的厚度進(jìn)行二階多項(xiàng)式擬合，得到相位值與厚度的曲線：

＝0.1191332＋20.08772＋953.4085 (12)

從相位圖像中讀取圖8中虛線中、、、相位值，利用式(12)可以計(jì)算出厚度信息，并與真實(shí)厚度信息進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1所示，計(jì)算厚度與真實(shí)厚度的誤差在±5%以?xún)?nèi)。

圖10 耐候涂層相位圖空間曲線

表1 驗(yàn)證點(diǎn)計(jì)算厚度與真實(shí)厚度

4.3 不同頻率下的振幅圖和相位圖

試驗(yàn)過(guò)程中，鎖相頻率為，采集頻率s，對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)的2048個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換，可以得到1024個(gè)有效的振幅與相位數(shù)據(jù)，這1024點(diǎn)的頻率介于0～s/2之間，從而可以構(gòu)建出1024幀振幅圖和相位圖。上述分析出，方波進(jìn)行周期性的熱激勵(lì)，等效于、3、5、…頻率的熱源在激勵(lì)。在1024頻率中，取出頻率為2、3、5、7共4個(gè)頻率下的振幅圖和相位圖，2頻率為無(wú)效熱源頻率，同時(shí)又介于、3之間，因此也取出該頻率對(duì)應(yīng)的振幅圖和相位圖進(jìn)行對(duì)比。如圖11所示，可以看出2頻率對(duì)應(yīng)的振幅和相位圖基本是噪聲，與上述分析基本一致；3頻率對(duì)應(yīng)的振幅和相位能看到效果，但是效果不如頻率對(duì)應(yīng)的振幅和相位圖；5和7頻率屬于高頻信號(hào)，在傅里葉變換過(guò)程中被抑制，因而在實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程中，可以采用方波熱源代替余弦變化熱源作為鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)的周期性熱源。

圖11 耐候涂層不同頻率下振幅圖和相位圖

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前耐候涂層厚度檢測(cè)的不足，本文采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)耐候涂層厚度進(jìn)行了評(píng)估，周期性熱源采用的是方波熱源，文中分析了方波熱源可以作為周期性熱源的理論依據(jù)，并用耐候涂層在不同頻率下的振幅圖和相位圖進(jìn)行了驗(yàn)證，對(duì)周期性激勵(lì)過(guò)程中的溫升-時(shí)間曲線進(jìn)行了分析。在厚度評(píng)估過(guò)程中，首先采用標(biāo)準(zhǔn)的小塊涂層試件對(duì)鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明該技術(shù)對(duì)涂層厚度的測(cè)量具有良好的可靠性與穩(wěn)定性；最后采用厚度基本均勻過(guò)渡的耐候涂層進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中的相位圖像可以作為耐候涂層厚度檢測(cè)的參考，針對(duì)本耐候涂層試件采用鎖相紅外無(wú)損檢測(cè)技術(shù)計(jì)算厚度與真實(shí)厚度誤差在±5%以?xún)?nèi)。

[1] 陳高汝, 陳展超, 鐘文貴, 等. 電網(wǎng)金屬部件反腐保護(hù)層的便攜式電鍍?cè)O(shè)備設(shè)計(jì)及技術(shù)應(yīng)用[J]. 科技與創(chuàng)新, 2020(1): 157-158.

CHEN Gaonu, CHEN Zhanchao, ZHONG Wengui, et al. Design and application of portable electroplating equipment for anti-corruption protective layer of power grid metal parts[J]., 2020(1): 157-158.

[2] 王平, 孫心利, 馬東偉, 等. 輸變電設(shè)備大氣腐蝕情況調(diào)查與分析[J]. 腐蝕科學(xué)與防護(hù)技術(shù), 2012, 24(6): 525-526.

WANG Ping, SUN Xinli, MA Dongwei, et al. Investigation and analysis on atmospheric corrosion of power transmission and transformation equipment[J]., 2012, 24(6): 525-526.

[3] 陳云, 強(qiáng)春媚, 王國(guó)剛, 等. 輸電鐵塔的腐蝕與防護(hù)[J]. 電力建設(shè), 2010, 31(8): 55-58.

CHEN Yun, QIANG Chunmei, WANG Guogang, et al. Corrosion and protection of transmission towers[J]., 2010, 31(8): 55-58.

[4] 李文翰, 尹學(xué)濤, 周學(xué)杰, 等. 電網(wǎng)輸變電設(shè)備鋼結(jié)構(gòu)和鍍鋅構(gòu)件的大氣腐蝕與防護(hù)措施[J]. 材料保護(hù), 2018, 51(10): 121-125.

LI Wenhan, YIN Xuetao, ZHOU Xuejie, et al. Summary on atmospheric and protection measure of steel componets and galvanized componets for transmission and distribution projects[J]., 2018, 51(10): 121-125.

[5] 劉波, 李艷紅, 馮立春, 等. 鎖相紅外熱成像技術(shù)在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用[J]. 無(wú)損探傷, 2006, 30(3): 12-15.

LIU Bo, LI Yahong, FENG Lichun, et al. Application of phase infrared thermal iimaging technology in nondestructive testing[J]., 2006, 30(3): 12-15.

[6] 李根, 趙翰學(xué), 范瑾, 等. 鎖相紅外熱像檢測(cè)缺陷的定量方法[J]. 無(wú)損檢測(cè), 2017, 39(6): 1-7.

LI Gen, ZHAO Hanxue, FAN Jin, et al. A defect quantification method by lock-in thermography[J]., 2017, 39(6): 1-7.

[7] 汪子君, 劉俊巖, 戴景民, 等. 鎖相紅外檢測(cè)中相位檢測(cè)方法[J]. 無(wú)損檢測(cè), 2008, 30(7): 418-421.

WANG Zijun, LIU Junyan, DAI Jingmin, et al. Study of phase detection in lock-in thermography nondestructive testing[J]., 2008, 30(7): 418-421.

[8] Bai W, Wong B S. Evaluation of defects in composite plate under connective environments using lock-in thermography[J]., 2001, 12(2): 142-150.

[9] 趙延廣, 郭杳林, 任明法. 基于鎖相紅外熱成像理論的復(fù)合材料網(wǎng)格加筋結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢測(cè)[J]. 復(fù)合材料學(xué)報(bào), 2011, 28(1): 200-205.

ZHAO Tingguang, GUO Xinlin, REN Mingfa. Lock-in thermography method for the NDT of composite grid stiffened structures[J]., 2011, 28(1): 200-205.

[10] 劉俊巖, 戴景民, 王揚(yáng). 紅外鎖相法熱波檢測(cè)技術(shù)及缺陷深度測(cè)量[J]. 光學(xué)精密工程, 2010, 18(1): 37-44.

LIU Junyan, DAI Jingmin, WANG Yang. Thermal wave detection and defect depth measurement based on lock-in thermography[J]., 2010, 18(1): 37-44.

[11] 江海軍, 盛濤, 陳力, 等. 碳纖維蜂窩結(jié)構(gòu)的鎖相紅外自動(dòng)化檢測(cè)系統(tǒng)研制[J]. 無(wú)損檢測(cè), 2020, 42(6): 54-57.

JIANG Haijun, SHENG Tao, CHEN Li, et al. Development of lock-in infrared automatic detection system for carbon fiber honeycomb structure[J]., 2020, 42(6): 54-57.

[12] 陳林, 楊立, 范春利, 等. 紅外鎖相無(wú)損檢測(cè)及其數(shù)值模擬[J]. 紅外技術(shù), 2013, 35(2): 119-122.

CHEN Lin, YANG Li, FAN Chunli, et al. Numerical simulation of lock-in thermography for infrared nondestructive testing[J]., 2013, 35(2): 119-122.

[13] 張金玉, 馬永超. 基于紅外鎖相法的涂層脫粘缺陷檢測(cè)與識(shí)別[J]. 紅外技術(shù), 2016, 38(10): 894-898.

ZHANG Jinyu, MA Yongchao. Detection and recognition of the debonding defect of coating based on lock-in thermography[J]., 2016, 38(10): 894-898.

Thickness Evaluation of Weather Resistant Coatings Based on Lock-in Thermography

LI Bo1，CHEN Junwei1，LIU Zhuoyi2，BAI Jie1，F(xiàn)AN Lei1，ZHANG Cong3，GUO Jufu4

(1.,550002,;2.,550002,;3.,570100,;4.,550002,)

Owing to the influence of environmental temperature, pollution, moisture, and other climatic factors, metal components of power transmission and transformation systems are prone to premature failure. Generally, weather-resistant materials are coated on metal components. In view of the shortcomings of the existing methods for measuring the coatings, this study uses lock-in thermographic technology to evaluate the thickness. First, the principle and repeatability of the method were verified using standard coating specimens. The results show that the method is reliable and stable for the evaluation of the coating thickness. Subsequently, a wedged weather-resistant coating sample was tested. The error in the measured thickness was within ±5% of the actual value. Therefore, the phase image can be used to effectively measure and evaluate the thickness and uniformity of weather-resistant coatings.

lock-in thermography, coating thickness, weather resistant coating, phase image

TG115.28

A

1001-8891(2022)03-0303-07

2021-06-30；

2021-08-10.

李波（1970-），學(xué)士，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)殡娋W(wǎng)設(shè)備無(wú)損檢測(cè)、電力設(shè)備腐蝕控制，電氣與電工材料。E-mail: 1203410323@qq.com。

南方電網(wǎng)重大科技專(zhuān)項(xiàng)“高腐蝕環(huán)境下電網(wǎng)輸變電設(shè)備腐蝕機(jī)理及防腐延壽關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用示范”資助項(xiàng)目。