红外热像检测技术在土木工程领域中的应用近况

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1、红外热像检测技术在土木工程领域中的应用近况红外热像检测技术在土木工程领域中的应用近况谢春霞(四川建筑职业技术学院,四川成都610081)【摘要】红外热像技术作为一门新兴的无损检测技术,具有非接触,大面积,响应快,测试精度高等优点,目前在土木工程领域的应用越来越广泛,从最初的建筑物外墙的检测,到建筑节能,从路面混凝土工程,受损混凝土检测到加固工程中,都有应用.红外成像无损检测技术目前可以认为是在土木工程领域最有前景的无损检测技术.【关键词】红外热像;土木工程;检测【中图分类号】TU746.3目前,对于大量的混凝土构筑物及建筑物进行大范围,快速,低成本的普查检测,常用的方法有超声

2、波法,雷达法,声发射法,冲击回波法及在日本常用的打音诊断和目视检查等,各种方法都有各自,的优点,其不足之处是以较少的取样分析反映整个结构工作性能,取样选点和数据实测都与操作者人为因素有关,同时限制条件也比较多,且后两种方法存在分布【文献标识码】B的温度差现象,就是红外检测的基本原理,如图1(以单面法为例).(隔热性缺陷)表面温度分布(导热性缺陷)表面温度分布图1热流通过物体传导后正面温度分布图很大的局限性,检测结果又不可靠.因此寻求一种无损,快速,低成本,大范围的普查方法是土木工程界极为关注的问题,具有非常现实的意义.红外热像检测技术就是在这种情况下被引入土木工程领域的.本文

3、旨在介绍目前红外热像检测技术在土木工程领域的应用.1红外热像基本原理红外辐射是自然界存在的一种最为广泛的电磁波辐射,它是基于任何物体在常温都会产生自身的分子和原子无规则的运动,并不停地辐射出红外能量,分子和原子的运动愈剧烈,辐射的能量愈大,反之,辐射的能量愈小.在0"K以上的物体,都会因自身的分子运动而辐射出红外线.着名的普郎克定律表明温度,波长和能量之间存在一定的关系,红外总能量随温度的增加而迅速增加;峰值波长随温度的增加向短波移动.根据斯蒂芬?玻耳兹曼定律,当温度变化时,红外总能量与绝对温度的四次方成正比,当温度有较小的变化时,会引起总能量的很大变化,可表达为下式:P=s

4、式中:JP为辐射功率(W/cm);为常数,=5.673×10W/(em?K);T为物体表面的热力学温度(K);s为发射率,0<8<1.热流在物体内部扩散和传递的路径,将会由于材料传导的热物理性质不同,或受阻堆积,或通畅无阻传递,最终会在物体表面形成相应的"热区"和"冷区",这种由里及表出现1442红外热像仪简介红外热像仪是利用红外探测器和光学成像物镜接受被测目标的红外辐射能量分布图形并反映到红外探测器的光敏元件上,从而获得红外热像图,这种热像图与物体表面的热分布场相对应.通俗地讲红外热像仪就是将物体发出的不可见红外能量转变为可见的热图,工作原理如图2.热像图上面的

5、不同颜色代表被测物体的不同温度.图2红外热像仪的组成红外热像检测技术应用于土木工程领域是一种很新的技术,具有非接触大面积,响应快,测试精度高等优点.自20世纪70年代,欧美一些发达国家先后开始了红外热像仪在土木工程领域的探索.经过几十年的发展,已经发展成非常[定稿日期]2010—08—13[作者简介]谢春霞(1979一),女,工学硕士,助教.四川建筑第31卷3期20"11.06轻便的现场测试设备.由于土木工程领域测试往往产生的温度场差异大和现场环境复杂等因素,具备温度分辨率小于0.06~C,空间分辨率小于1.2mrad,红外图像和可见光图像合成功能等是土木工程领域应用红外热仪

6、不可缺少的条件.随着红外热像仪的发展和在土木工程领域的应用日益完善,红外热像检测技术将给土木工程领域检测和评估技术的前进和发展带来较大的帮助.本文将着重对近年来红外热像技术在国内的应用和实践进行总结.3在建筑领域的应用3.1外墙缺陷3.1.1空鼓和剥落]当外墙的表面温度比墙体的温度高,热就从外墙表面传到墙体中.当外墙的表面温度低时,热就从墙体内传到外墙表面.当外墙中有空鼓或剥落等缺陷,缺陷处的热传导变小,因此,当暴露在太阳光或升温的空气中时,外墙表面的温度升高,空鼓或剥落部位的温度比正常部位的温度高.相反,当太阳光减弱或气温降低,外墙表面温度下降时,空鼓或剥落部位的温度比正常

7、部位的温度低.用红外检测技术能快速检测出建筑物外墙空鼓和剥落的部位.相对于传统的手敲法检测,红外热像仪检测无需搭设脚手架,可以大面积进行拍摄,所有的检测可以记录并且重现,检测结果比较客观,因而检测效率和效果更好.通过红外热像图可以清楚精确地分辨出损伤的面积和程度.3.1.2裂缝由于建筑结构受荷载作用或使用了不合格的水泥混凝土材料可能会引起墙体裂缝,也会造成贯通裂缝而使结构破坏,有时会导致雨水渗入从而引起更大的麻烦,这些隐藏的缺陷很难通过常规的检测方法成功的发现.而通过红外热像仪进行检测,可以快速的清楚显