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作者

朱鵬飛, 王榮邦, Koneswaran Sivagurunathan, Stefano Sfarra, Fabrizio Sarasini, Clemente Ibarra-Castanedo, Xavier Maldague, 張海, Andreas Mandelis

機構

Laval University, 哈爾濱工業大學, University of Toronto, University of L’Aquila, Sapienza University of Rome

Citation

Zhu P F, Wang R B, Sivagurunathan K, Sfarra S, Sarasini F, Ibarra-Castanedo C, Maldague X, Zhang H, Mandelis A. 2025. Frequency multiplexed photothermal correlation tomography for non-destructive evaluation of manufactured materials. Int. J. Extrem. Manuf.7035601.

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https://doi.org/10.1088/2631-7990/ada837

撰稿 | 文章作者

文章報道了一種能夠實現三維層析的光熱成像技術——頻率復用-光熱相關層析（FM-PCT）。該技術改變了傳統紅外熱成像技術中有限的二維成像模式，并解決了光熱相干層析技術中成像速度慢、視場小、分辨低等難題。

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文章導讀

紅外熱成像是一種非侵入性、非接觸式技術，在工程制造、生物醫學、文化遺產保護等領域取得了重大進展。然而，二維成像模式無法整合深度信息，極大地阻礙了其發展。截斷相干層析技術通過激發線性調頻脈沖，將熱光子能量局部化，從而顯著提升軸向分辨率。然而，該技術無法應用于一般的單脈沖激發或線激光掃描中。

為克服這些挑戰，哈爾濱工業大學張海教授、多倫多大學Andreas Mandelis教授等聯合設計了一種基于傅里葉級數分解的頻率延遲增量系統，該系統能夠將任意非單頻激勵信號離散為不同頻率的正弦波，并與熱弛豫信號進行截斷相關處理。攜帶深度編碼的熱波信號會沿頻域w進行演化從而生成層析圖像（由于熱擴散長度滿足

其中α為熱擴散率）。該技術摒棄了傳統復雜的線性調頻方法和高幀率（約370 Hz）的長波紅外相機，采用更為簡便的閃光脈沖或激光線掃描激勵以及低幀率（約50 Hz）的中波紅外相機。這一改進不僅顯著降低了設備成本，還大幅提升了檢測效率。

作者認為，FM-PCT技術是首個具有工程實用價值的光熱層析技術。得益于熱波對不連續界面的高度敏感性，該技術甚至表現出與微尺度X射線CT技術相當的檢測效果。

圖1（a）FM-PCT技術示意圖；（b）內部含圓孔缺陷的不銹鋼板檢測；（c）受到沖擊損傷的碳纖維復合材料板檢測；（d）受到沖擊損傷的碳纖維增韌復合材料板檢測。

Video 1含方形孔洞的不銹鋼板檢測（對比現有的光熱層析技術：動態熱層析DTT以及截斷相關-光熱相干層析eTC-PCT）。

Video 2受到沖擊損失的復合材料板檢測（對比現有的光熱層析技術：動態熱層析DTT以及截斷相關-光熱相干層析eTC-PCT）。

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作者與團隊簡介

張海

哈爾濱工業大學

張海教授，國家級青年人才，哈爾濱工業大學長聘教授，加拿大拉瓦爾大學兼職教授，國家重點研發計劃項目負責人，哈工大“青年科學家工作室”學術帶頭人，紅外和太赫茲成像領域專家。目前擔任《Infrared Physics & Technology》《Measurement》《Quantitative InfraRed Thermography Journal》等SCI期刊副主編，世界無損檢測大會（20th WCNDT 2024）等國際學術會議的科學委員會委員（Scientific Committee）。

Andreas Mandelis

多倫多大學

Andreas Mandelis教授，多倫多大學機械與工業工程系教授和研究員，加拿大皇家科學院、工程院院士，APS, SPIE, AAAS以及ASME Fellow，多倫多大學先進擴散波和光聲技術中心(CADIPT)、以及先進非破壞性和非侵入性診斷技術研究所(IANDIT)主任；國際公認熱光子學專家，被認為是擴散波、光熱和光聲科學及相關技術領域的先驅。

Xavier Maldague

拉瓦爾大學

Xavier Maldague教授，拉瓦爾大學電氣與計算機工程系教授，加拿大工程研究院院士，ASNT, AvH, ISNT, 以及CINDE Fellow，比利時安特衛普大學紅外熱成像榮譽博士。其兩本著作現已成為美國無損檢測學會(ASNT)知識體系的一部分，同時，他也是多本ASNT出版物的主編。自2017年起，他領導加拿大自然科學與工程研究委員會（NSERC）資助的CREATE “oN DuTy!” 項目，聯合四所大學及多家工業合作伙伴，推動無損檢測領域的發展。他曾多次組織國際紅外視覺會議，并積極參與CINDE、SPIE Thermosense、QIRT理事會等多個國際組織的工作，同時擔任QIRT理事會主任。

雙光子聚合光刻技術在成像光學領域的發展與應用

超快準三維成像

關于期刊

International Journal of Extreme Manufacturing(《極端制造》），簡稱IJEM，致力于發表極端制造領域相關的高質量最新研究成果。自2019年創刊至今，期刊陸續被SCIE、EI、Scopus等20余個國際數據庫收錄。JCR最新影響因子16.1，位列工程/制造學科領域第一。中科院分區工程技術1區，TOP期刊。入選中國科技期刊卓越行動計劃二期英文領軍期刊。

期刊網址：

https://iopscience.iop.org/journal/2631-7990

http://ijemnet.com/

期刊投稿：

https://mc04.manuscriptcentral.com/ijem-caep

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撰稿：作者 編輯：梁煜 審核：范珂艷 關利超

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