聚乙烯(PE)管道具有质量可靠、运行安全、维护方便等优点,被广泛用于煤气、天然气、城市供水等管道系统中。热熔对接是PE管道的主要连接方式,在接头处可能存在各种缺陷(裂纹、夹杂、气孔等),因此需要提供可靠的接头缺陷无损检测方法来提高管道系统的安全性。目前主动红外热成像技术在PE管道热熔接头内部缺陷检测的研究还很少。本论文建立PE管道缺陷的瞬态热传导有限元模型,搭建基于不同热激励方式的主动红外热成像实验平台对不同PE管道缺陷试件进行研究,深入探讨主动红外热成像技术对于PE管道缺陷无损检测的应用机理以及PE管道缺陷图像的识别方法。本论文利用有限元法建立了管内带钻孔缺陷的PE管道和带气孔缺陷的PE管道热熔接头的两种瞬态热传导模型。在管道内表面分别施加恒壁温和恒热流两种边界条件进行研究,建立了表面温度分布与缺陷大小和位置之间的关系。对缺陷外表面中心点与非缺陷处参考点之间的温度、温差、以及温差变化率进行对比分析,获取了最佳热激励时间、边界条件值等参数,为实验提供理论依据。本论文搭建了 PE管道的主动红外热成像实验平台,实验研究了管内带钻孔缺陷试件,验证了有限元模拟结果的正确性,说明了有限元数值计算方法可以作为研究红外热成像技术的一种手段,为基于主动红外热成像技术的PE管道内部缺陷检测技术提供了数值模型。同时实验对比研究了内嵌不同材料作为内部缺陷的PE管道热熔接头试件和带圆柱形气孔缺陷的PE管道热熔接头试件。在外部激励方式上,除了采用电加热棒作为外部激励外,还提出采用液氮降温的新型激励方式。实验结果表明,基于这两种激励方式的主动红外热成像实验都能对PE管道缺陷进行检测且效果明显。但是,由于液氮激励方式较难控制,一定程度上增加了缺陷的识别难度。为了实现缺陷的自动识别,本论文采用了Sobel边缘检测、最大类间方差法(Otsu)以及模糊C聚类三种方法对实验热像图进行图像识别,比较研究了三种图像识别算法的优劣性,给出了PE管道缺陷图像识别的建议算法。Sobel边缘检测能得到缺陷的形状,但检测边缘不连续且抗背景干扰能力较弱;Otsu法对内置不同缺陷的PE管道热熔接头的识别能力较强,但对管内钻孔缺陷识别能力较弱;模糊C聚类法适用性最好,能够较好的识别出缺陷的形状与大小。基于主动红外热成像技术的PE管道缺陷检测和图像识别的研究为实际PE管道缺陷检测与评价提供了理论基础和实验依据。