光热锁相热成像(Lock-in Thermography,简称LIT)检测技术是结合了光热辐射(PTR)技术、锁相(Lock-in)除噪技术和成像技术优势的前沿检测手段,在无损检测领域具有重要的研究价值。光热锁相热成像技术除了具备PTR技术的高灵敏性、非接触性、无损伤、响应速度快等优点,因其运用面阵检测方式,能同时检测大面积区域内的光热信号振幅和相位信息,相比于传统PTR技术的单点检测方式,极大地提高了检测速度。同时,LIT技术相较于传统红外热像技术,LIT信号具有振幅和位相两个信号通道,可直观、便捷呈现样品的表面和内部结构特征。因此,LIT检测技术对科学研究、工业生产、生物医学等领域具有重要的应用研究价值。但截止目前,LIT的研究对象主要集中在平面结构的样品。本论文提出和实验验证了基于光热锁相成像对曲面样品的无损检测技术。主要研究了圆柱型曲面样品的光热锁相成像检测技术,包括曲面样品上光热温度场理论模型的建立、数值模拟计算和分析,以及光热锁相成像的实验验证。论文的主要内容包括:(1)首先,基于格林函数理论建立了强度调制的激光照射三维圆柱样品时圆柱曲面的光热温度场分布的理论模型,数值模拟分析了圆柱材料的热扩散系数、激励光源的调制频率和样品的曲率半径对样品曲面上温度场分布的影响,讨论了激励光源和热像仪的相对方位及样品曲面表面红外辐射的Lambert余弦效应对LIT成像的影响。(2)其次,搭建了用于检测圆柱曲面样品的激光光热锁相成像系统。样品被周期性调制的激励光源持续辐照,利用红外热像仪采集不同时刻样品表面的热像图,利用编程实现对采集的时序热像图信号归一化均值处理,接着通过双通道数字锁相算法并行处理热像图中每个像素点在不同时刻的的温度信号,最终取得曲面样品表面LIT振幅和相位的信息图像。本文利用不同直径的AISI 304不锈钢圆柱样品进行了实验验证。结合曲面样品的热波场分布和实验修正的Lambert余弦散射函数,对实验数据进行了理论拟合。拟合结果表明,实验和理论曲线高度吻合。本文的圆柱曲面样品的LIT研究为圆柱曲面样品材料的热物理性质和结构特征的检测提供了一种无损、快速和实时检测的定量工具,也为其他曲面样品的物性和缺陷检测提供了重要的方法。