红外热波无损检测技术是继射线、超声等技术之后发展起来的一项新型通用无损检测技术。本书首先介绍红外热波无损检测技术的理论基础，包括传热学基础和辐射度量学理论；随后讨论了红外探测器、红外成像系统及其特征参数，介绍了红外辐射测温的基本原理，以及目标表面辐射特性、传输介质的特性和测量仪器的特性；针对目前主流的红外热波无损检测技术，介绍了其基本原理、热激励方法、数据处理方法和智能缺陷分析方法，以及设备操作与结果分析；最后给出不同应用领域的检测案例。

本书适用于从事无损检测工作的技术人员与工程师，科研机构与高等院校的研究人员、教师、研究生，以及从事该领域技术研究和应用的专业人员。

目录

第 1 章 传热学基础

1.1 导热

1.1.1 傅里叶导热过程

1.1.2 非傅里叶导热过程：瞬态热冲击

1.1.3 三维非稳态导热微分方程

1.1.4 材料热物理参数

1.2 对流换热

1.3 辐射换热

1.3.1 基本概念

1.3.2 材料透明性的影响

1.4 闪光灯激励红外热 (成) 像检测的传热学基础

1.4.1 瞬时无限大面积的热源加热下的表面温度的分析解和近似解

1.4.2 典型的二维模型和三维模型

第 2 章 辐射度量学理论

2.1 热辐射基本定律

2.1.1 基尔霍夫定律

2.1.2 普朗克定律

2.1.3 斯特藩 — 玻尔兹曼定律

2.1.4 维恩位移定律

2.2 辐射体的辐射特性

2.3 红外辐射的传输

2.3.1 大气传输

2.3.2 介质传输

第 3 章 红外探测器及测量系统

3.1 红外探测器的发展过程

3.2 热探测器

3.2.1 热敏电阻

3.2.2 热电偶

3.2.3 热释电探测器

3.3 光子型探测器

3.3.1 光电导探测器

3.3.2 光伏探测器

3.3.3 光电磁探测器

3.3.4 量子阱红外探测器

3.4 热探测器与光子型探测器的性能比较

3.5 红外成像系统

3.5.1 成像转换

3.5.2 制冷技术

3.6 测量系统特征参数

3.6.1 噪声

3.6.2 响应度

3.6.3 噪声等效功率

3.6.4 噪声等效温差

3.6.5 探测率和归一化探测率

3.6.6 最小可分辨温差

3.6.7 最小可探测温差

3.6.8 视场角

3.6.9 空间分辨率：瞬时视场和狭缝响应函数

3.6.10 时间分辨率：帧频和积分时间

第 4 章 红外辐射测温

4.1 温度测量概述

4.2 辐射测温理论

4.3 目标表面辐射特性

4.3.1 发射率的影响因素

4.3.2 发射率的测量

4.3.3 温度校准

4.4 传输介质的特性

4.5 测量仪器的特性

4.5.1 视场与镜头

4.5.2 非均匀性校正

4.5.3 冷反射效应

4.5.4 时间分辨率 —— 帧频与积分时间

4.5.5 超帧技术

第 5 章 红外热波无损检测技术

5.1 背景与现状

5.2 热波无损检测简介

5.3 热激励方法

5.3.1 根据激励源分类

5.3.2 根据激励信号的函数形式分类

5.4 定量测量相关理论

5.4.1 脉冲激励下的一维热传导理论

5.4.2 阶跃 / 方波激励下的一维热传导理论

5.4.3 周期激励锁相一维热传导理论

5.5 数据处理方法

5.5.1 坏像元校正

5.5.2 图像减法

5.5.3 热信号重建法

5.5.4 脉冲相位热成像法

5.5.5 主成分热成像法

5.5.6 三维热层析成像法

5.6 智能缺陷分析方法

5.6.1 基于图像的深度学习方法

5.6.2 基于温度变化时间序列的深度学习方法

5.6.3 基于一维时空特征曲线的深度学习方法

5.6.4 基于三维热图序列的深度学习方法

第 6 章 设备操作与结果分析

6.1 检测准备

6.1.1 红外热成像图像特征

6.1.2 红外无损检测系统构成

6.1.3 红外探测系统

6.1.4 热激励系统

6.1.5 控制及数据处理系统

6.1.6 被检测物体

6.1.7 检测环境

6.2 检测实施

6.2.1 设备确认

6.2.2 检测设置

6.2.3 参数设置

6.2.4 数据采集

6.2.5 仪器操作中的常见问题

6.2.6 安全性

6.3 数据处理

6.3.1 热图解释

6.3.2 热异常的判读

6.3.3 原始序列热图分析

6.3.4 计算序列热图分析

6.3.5 图像处理与优化

6.3.6 曲线分析

6.3.7 定量测量

6.4 检测文件

6.4.1 检测报告

6.4.2 标准与工艺文件

第 7 章 应用案例

7.1 金属材料红外热波无损检测案例

7.1.1 飞机铝蒙皮的加强筋开裂与锈蚀检测

7.1.2 飞机起落架裂纹检测

7.1.3 钛合金包带裂纹检测

7.2 复合材料红外热波无损检测案例

7.2.1 聚合物基复合材料检测

7.2.2 金属基复合材料检测

7.2.3 陶瓷基复合材料检测

7.3 其他方面的应用

7.3.1 电力工业应用

7.3.2 文物领域的检测

7.4 智能检测方法应用案例

7.4.1 布面油画内部缺陷智能定位与分类

7.4.2 古壁画裂纹智能分割

7.4.3 蜂窝夹层复合材料内部缺陷智能分类

7.4.4 缺陷深度智能预测

参考文献

前 言

红外热波无损检测技术是继射线、超声等技术之后发展起来的一项新型通用无损检测技术。该技术的研究与应用，对提升航空航天器、各类军民工业设备的安全可靠性，支持新材料（尤其是复合材料）的分层与脱粘等缺陷检测，以及金属构件的裂纹、锈蚀与疲劳损伤检测等方面，均具有重要意义。近几十年来，随着热激励技术、红外热像仪及时序数据处理方法的不断创新与进步，红外热波无损检测技术取得了迅速发展。自 2011 年起我国陆续编制并发布了关于闪光灯激励红外热像法的系列国家标准，为该技术在国内的推广应用奠定了规范基础。2012 年，经中国机械工程学会无损检测分会授权，红外无损检测人员培训中心正式开展相关人员的资格鉴定与认证培训工作。为帮助学员系统掌握红外热波无损检测技术的基本原理、方法体系、设备操作、标准规范以及典型工程案例，编者结合自身多年的科研积累与培训经验编写了本书。

全书分为 7 章。第 1 章介绍传热学基础；第 2 章介绍辐射度量学理论；第 3 章首先介绍红外探测器的发展过程，并着重讨论热探测器和光子探测器，随后介绍红外成像系统及测量系统的特征参数；第 4 章介绍红外辐射测温的基本原理，并讨论了目标表面辐射特性、传输介质的特性以及测量仪器的特性；第 5 章介绍红外热波无损检测技术，包括基本原理、热激励方法以及定量测量相关理论，并阐述数据处理方法和智能缺陷分析方法；第 6 章介绍设备操作与结果分析，包含检测技术选择、检测规程制定及结果判读等内容；第 7 章介绍不同应用领域的检测案例。

本书第 1 章由刘颖韬编写，第 2 章由杨雪编写，第 3 章由李晓丽编写，第 4 章由陶宁编写，第 5 章由李晓丽、陶宁编写，第 6 章由王冠、陶宁编写，第 7 章由何毅编写，曾智和段玉霞参与了第 5 章和第 7 章的缺陷智能分析部分内容校对工作，全书由陶宁整理定稿。

本书适用于从事无损检测工作的技术人员与工程师，以及科研机构与高等院校的研究人员、教师及研究生等，希望本书能够为从事该领域技术研究和应用的专业人员提供有价值的参考与帮助。

在编写本书过程中，王迅、金万平、冯立春、曾智、段玉霞等教师，提出了很多建议，国防工业出版社、首都师范大学物理系给予了很大的支持和帮助，同时参考了大量的文献资料，在此一并深表谢意。

本书编写历经数年，几经易稿，由于编者水平有限，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请广大同仁和读者批评指正。

作者

2026 年 3 月