Time-resolved infrared radiometry with step heating. A review

In contrast to most infrared radiometry techniques used for nondestructive evaluation which follow the sample cooling after pulsed heating, the technique termed time-resolved infrared radiometry with step heating (TRIR) follows the surface temperature rise as a function of time during the heating pulse. This approach allows identification of subsurface features and determination of thermal properties with the same speed as other thermal techniques, but keeps the required heating power and resulting surface temperature small. This permits the use of heat sources such as microwaves and RF induction heating where high peak power is often not available. One of the most attractive features of the TRIR method is the ability to calibrate the temperature response early, when the sample is thermally-thick. This allows correction for inhomogeneous heat source distributions and differentiation between backing materials. A fast algorithm has been developed to calculate thermal transit times and therefore generate quantitative depth images of subsurface features. This paper will describe the TRIR approach and the analysis of its time response, including the calibration at early times. Examples will be described for laser heating on zirconia coatings, corroded aluminum, and graphite composites, and the use of microwaves and RF induction heating as heating sources. À la différence de la plupart des techniques infrarouge utilisées pour le contrôle non destructif, qui utilisent le refroidissement d'un échantillon après un chauffage impulsionnel, technique dénommée radiométrie infrarouge résolue dans le temps avec échelon de chauffage (time-resolved infrared radiometry, TRIR) exploite l'élévation de la température de surface pendant l'impulsion de chauffage. Cette approche, qui permet une caractérisation des couches subsurfaciques et la détermination des propriétés thermiques aussi rapide qu'avec d'autres techniques, maintient faibles la puissance de chauffe et la température de surface qui en résulte. Elle autorise l'utilisation de sources de chaleur telles que les micro-ondes et le chauffage induit par radiofréquences, pour lesquelles il n'est souvent pas possible d'obtenir une forte puissance de pic. L'un des principaux intérêts de la méthode TRIR est sa capacité à calibrer la réponse en température aux temps courts, quand l'échantillon est thermiquement épais. Ceci permet une correction pour des distributions de source de chaleur non homogènes et la différenciation entre matériaux supports. Un algorithme rapide a été développé pour calculer des temps de transit thermique et donc pour générer des images quantitatives en profondeur des caractéristiques des couches subsurfaciques. Cet article décrit l'approche TRIR et l'analyse de son temps de réponse, ainsi que la calibration aux temps courts. Des exemples sont donnés pour le chauffage laser des revêtements de zircone, de l'aluminium corrodé et des composites à fibres de carbone, ainsi que pour l'utilisation des micro-ondes et du chauffage par induction comme sources de chaleur.