摘要:

研究论文 ● 开放获取阅读更多

1. 文章导读

《极端制造》发表的一篇论文报道了一种能够实现三维层析的光热成像技术——频率复用-光热相关层析（FM-PCT）。该技术改变了传统红外热成像技术中有限的二维成像模式，并解决了光热相干层析技术中成像速度慢、视场小、分辨低等难题。

红外热成像是一种非侵入性、非接触式技术，在工程制造、生物医学、文化遗产保护等领域取得了重大进展。然而，二维成像模式无法整合深度信息，极大地阻碍了其发展。截断相干层析技术通过激发线性调频脉冲，将热光子能量局部化，从而显著提升轴向分辨率。然而，该技术无法应用于一般的单脉冲激发或线激光扫描中。

为克服这些挑战，来自哈尔滨工业大学的张海教授、多伦多大学的Andreas Mandelis教授以及其余三所高校的教授和博士生联合设计了一种基于傅里叶级数分解的频率延迟增量系统，该系统能够将任意非单频激励信号离散为不同频率的正弦波，并与热弛豫信号进行截断相关处理。携带深度编码的热波信号会沿频域ω进行演化从而生成层析图像（由于热扩散长度满足μ=\sqrt2\alpha/\omega)，其中α为热扩散率）。该技术摒弃了传统复杂的线性调频方法和高帧率（约370 Hz）的长波红外相机，采用更为简便的闪光脉冲或激光线扫描激励以及低帧率（约50 Hz）的中波红外相机。这一改进不仅显著降低了设备成本，还大幅提升了检测效率。

作者认为，FM-PCT技术是首个具有工程实用价值的光热层析技术。得益于热波对不连续界面的高度敏感性，该技术甚至表现出与微尺度X射线CT技术相当的检测效果。

图1：（a）FM-PCT技术示意图；（b）内部含圆孔缺陷的不锈钢板检测；（c）受到冲击损伤的碳纤维复合材料板检测；（d）受到冲击损伤的碳纤维增韧复合材料板检测
视频1（见文末）含方形孔洞的不锈钢板检测（对比现有的光热层析技术：动态热层析DTT以及截断相关-光热相干层析eTC-PCT）
视频2（见文末）受到冲击损失的复合材料板检测（对比现有的光热层析技术：动态热层析DTT以及截断相关-光热相干层析eTC-PCT）