钛合金二维扫描激光超声检测方法研究

钛合金材料缺陷危害性大,须进行健康状况监测。激光超声检测技术具有非接触、快速、高效等优点,可以满足钛合金结构的实时健康监测。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,在分析一维扫描激光超声检测效率的基础上,构建了非接触式二维扫描激光超声检测系统,用于钛合金结构健康状况的实时在线检测。实验结果表明,激光超声检测技术能有效用于钛合金结构健康检测;该系统可同时实现两个方向检测,相同条件下,检测效率较一维扫描提高约50%;实验装置简单,易于实现完全非接触式检测,可满足钛合金结构在工程实践中的实时在线检测,且可进行缺陷的定位检测。     

266nm紫外固体激光切割碳纤维复合材料的实验研究

为了研究266nm紫外固体激光切割碳纤维增强复合材料(CFRP)的工艺规律,采用单因素实验法、正交实验法和多元线性回归分析法,进行了266nm紫外固体激光切割CFRP的实验研究,得出了激光脉冲能量、扫描速率对切缝宽度和热影响区宽度的影响规律.结果表明,切缝宽度和热影响区宽度随激光脉冲能量的增大而增大,随扫描速率的增大而...     

钢板内应力激光超声导波检测方法研究

为了在钢板生产过程中实现钢板内应力的在线非接触无损检测,研究了基于激光超声导波的钢板内应力检测方法。搭建了激光超声导波应力测试装置,开发了相应的信号采集、处理及分析软件,组建了激光超声应力检测实验研究平台。通过拉伸加载装置,给实验试样两端施加预先计算的拉伸载荷,实现了所需要的各种工况下的钢板内应力场。通过激光超声检测单元采集各种载荷下的激光超声导波信号,实验研究了激光超声导波对钢板内应力的表征能力与关联规律。实验结果表明,脉冲激光可以在硅钢板中激发出以A0模态为主的宽频激光超声导波;激光超声导波相速度随拉力的增大而增大,群速度随拉力的增大而减小;拉应力与激光超声导波信号的首波超前时间差和波包延迟时间差都存在明显的线性关系。激光超声导波检测方法可用于带钢内应力的非接触无损检测,有可能成为钢板带内应力在线检测的新方法。     

热弹激光超声激励及缺陷检测的有限元分析

为了探讨热弹激光超声的激励机制及其在缺陷检测中的应用,采用有限元分析法对材料中的温度场及应力场进行了计算。阐述了脉冲激光辐照材料的理论基础,将脉冲激光加载于工件表面,同时考虑对流和辐射换热边界条件,分析了材料中的温度场;基于热固耦合,将温度场加载于应力场分析过程中,讨论了热弹机制下纵波声场和横波声场的指向性分布,并通过模拟热弹超声波在含有缺陷工件中的传播过程,获得了缺陷回波信号;搭建了一套热弹激光超声检测系统,以实现表面裂纹深度的测量,通过有限元分析和实验验证,获得了反射系数与裂纹深度的关系。结果表明,反射系数随裂纹深度的增加而增大,使用直径1mm的激光光斑检测深度小于3mm的裂纹,当裂纹深度大于2.2mm时,反射系数的增长趋势变缓。此有限元分析结果能为热弹激光超声在缺陷检测中的应用提供参考和依据。     

激光扫描混凝土裂缝的超声检测

为了探究激光扫描混凝土裂缝进行超声检测的可行性, 采用激光扫描混凝土表面激发声场、表面波探头接收超声信号的方法, 进行了相应的实验验证。通过对实验信号峰峰值和双极性特征分析, 实现了混凝土表面裂缝的定位。同时采用有限元方法模拟了扫描激光在材料表面激发声场的过程, 对超声信号进行了时域和频域上的分析。结果表明, 当激光与裂缝边沿距离在1mm时, 接收信号具有典型的双极性, 且峰峰值达到极大值; 当激光与裂缝边沿距离继续减小时, 峰峰值迅速降低。通过扫描激光激发超声, 在打点范围上形成由信号峰峰值表征的2维图像, 由峰峰值突变特征和信号的双极性特征, 可以实现混凝土表面缺陷边缘的定位。     

利用激光冲击波检测碳纤维材料中的粘接质量

碳纤维增强复合材料(CFRP)由于具有出色的力学性能而越来越多地受到关注,但是由于对这种材料粘接结构缺乏有效的无损检测方法而导致其应用受到了局限。发展了一种基于激光冲击波的碳纤维增强复合材料粘接质量无损检测方法。对于一个碳纤维增强复合材料粘接结构,当激光作用在样品表面时,会产生一个冲击波在其中传播,冲击波到达样品后表面时会反射一个稀疏波,并在材料内部形成拉伸。在适当的激光强度下,好的粘接质量将不会受影响;而差的粘接质量将会造成损伤。实验过程中,对样品自由面的速度历史进行了测量,该信号可以反映粘接层的内部损伤情况。这一结论也通过对回收样品的激光超声检测得到了证实。这项技术的发展将使未来碳纤维增强复合材料粘接结构的在线检测成为可能。     

基于有限元法的激光声磁检测系统优化研究

针对激光超声和电磁超声两种非接触式检测方式在实验中操作复杂和灵敏度低,以及难以观察不同参数对相关物理场造成的影响等问题,文中将有限元法应用到激光声磁混合式检测当中,采用数值分析方法分析了脉冲激光与电磁超声换能器之间的匹配关系对检测灵敏度的影响,研究了激光声磁检测系统的优化设计依据。利用有限元软件建立了激光声磁检测系统的仿真模型,通过正交数值仿真分析了高斯激光脉冲激励超声的温度场和位移场特性,进而观测了电磁超声换能器参数变化对检测灵敏度的影响。结果表明:螺旋型线圈接收的电压信号能正确反应由入射激光在固体中发生热膨胀效应产生的超声位移场,当磁体的高宽比为 1.5 倍时,驱肤层处磁场强度分布最优,提离距离对换能效率的影响呈现负指数变化规律,评价了不同接收间距处电磁超声换能器的接收性能。     

碳纤维复合材料激光热-机械剥蚀机制研究

针对航空复合材料挖补修复工艺对损伤区高效高质量去除的需求,研究了碳纤维复合材料纳秒脉冲激光剥蚀机理、工艺优化和缺陷控制方法,基于各向异性传热原理研究了激光扫描角度对材料去除率的影响规律,探索了激光扫描速度和填充间距对非匀质材料的热-机械剥蚀的影响机制。结果表明：碳纤维复合材料显著的各向异性传热使得去除深度随激光扫描角度的增大而减小,激光扫描角度为0°时去除深度为220μm,激光扫描角度为90°时去除深度为150μm;由于热-机械剥蚀的混合作用,两个方向上的光斑搭接率存在临界值,在该临界值处材料去除效率出现峰值。进行了18层的阶梯形去除,精度控制在±20μm。通过实验测试与数据分析,优化了碳纤维复合材料逐层精细剥蚀扫描策略与工艺方案,为碳纤维激光精细制造提供了参考。     

机器人辅助激光超声检测系统的设计与实现

为解决飞行器复合材料结构的非接触、高精度无损检测问题,提出一种基于关节型机器人的激光超声检测系统。在系统设计上,利用波长1 064nm的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光全部由光纤传导至光束聚焦端口投射到被测物表面,采用精密六轴关节型机器人作为扫描执行机构进行C型扫描检测。建立了系统的实验室原型,实现了碳/环氧复合材料试样的激光超声C扫描检测,得到试样内部模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了系统的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1mm以上分层的检测,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。     

激光激发板状材料中超声导波的有限元数值模拟

材料表面吸收激光辐照的能量后，产生瞬态温度场，引起表面层的局部热膨胀，产生超声波沿不同方向传播。激光超声具有非接触、宽频带、多模态的特点，提供了材料的弹性性质和材料无损检测的有效手段。考虑激光作用过程中材料热物理参数随温度变化的特性，用有限元方法数值模拟激光在板状材料中激发瞬态温度场，建立热弹机制下超声导波的产生和传播的有限元模型。数值模拟的结果表明：材料中瞬态温度场分布在材料的表面层的非常小的区域，温升区域是产生超声的体源。分析近场和远场接收的超声导波的表面波形的传播特征，讨论激光输入参数和激光产生超声波特征之间的关系，为热弹条件下材料性能的激光超声检测提供了定量的基础。     

激光传能系统用激光能量转换器的研究与设计

针对远距离激光传能及光电转换问题,通过对传输过程中光纤损耗、波长选择、光电转换材料匹配等影响系统传输效率的各环节因素进行分析,采用在半绝缘InP衬底上外延生长InGaAs PIN的方式设计了光电转换芯片,并对芯片结构及互联工艺进行了优化,最终成功研制出了高效激光能量转换器。试验结果表明,在1550 nm激光照射的条件下,该激光能量转换器的光电转换效率能够达到28%。     

激光超声技术及其在无损检测中的应用

系统介绍了激光超声技术的研究情况,就其激发原理和检测技术作了全面的回顾与展望。综述了激光超声技术在高精度缺陷检测、高速材料表面扫描成像和恶劣环境中的检测应用。     

碳纤维复合材料轮毂分层超声检测系统研究

超声检测法具有灵敏度高,穿透力强及使用面广等优点,成为复合材料结构无损检测的主要技术方向。针对碳纤维复合材料轮毂分层缺陷检测的迫切需求,该文在分析超声探伤原理的基础上,建立了碳纤维复合材料轮毂超声检测系统,用于碳纤维复合材料轮毂分层缺陷检测。实验结果表明,该系统能有效用于碳纤维复合材料轮毂的分层缺陷检测,结构简单,安装调试方便,成本低,易于操作,可以满足工程实践需求。     

用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器

利用探测光束通过轴对称流场时的偏折效应,设计了一种光纤传感器,并用于探测激光对材料破坏过程中在空气中激发的等离子体冲击波,获得了探测位置处激光等离子体冲击波流场折射率随时间的变化率.该方法适用于轴对称流场的瞬态测试,具有宽带和非接触的特点.     

CO2激光主动成像雷达扫描成像实验

采用扫描发射、收发合置、外差探测等技术建立了一台CO2 激光扫描成像演示系统。利用雷达距离方程计算了系统的最大作用距离 ,并对室内 5m处的目标及室外 5 78m远处的大楼做了成像实验 ,扫描角度为± 2°×±1° ,获得了每秒 10帧、每帧 32行的轮廓像。     

多光谱探测与激光多光谱探测技术的进展

主要介绍了多光谱探测及激光多光谱探测技术的发展及现状,并着重探讨了激光多光谱扫描成像系统的关键技术与发展趋势。鉴于激光多光谱主动探测技术的优势,这项技术将在制导、目标识别、地形匹配及其它激光主动探测领域具有广泛的应用前景。     

基于相干激光雷达的激光微多普勒探测

利用相干激光雷达探测目标微动特性技术是一种以单频激光为光源,用外差探测的方式实现对低速、低频多个运动物体进行微多普勒信息提取和识别的技术.以波长为1.064 μm的窄线宽单块激光器为光源,发射激光经过模拟长距离传输的4 km的光纤延迟,照射到以扬声器的发声单元和电动平移台为目标的微动物体上,目标反射的激光会聚进入单模光纤,参考光与信号光通过3 dB光纤合束器线性耦合进入同一根光纤,并在探测器表面进行相干.用于接收相干信号的探测器的接入方式为光纤输入,带宽为3.5 GHz.利用时间-频率域联合描述的方法对数/模(A/D)采样后的数据进行分析.在4 km光纤延迟时,本系统最低探测速度为0.5 mm/s,速度分辨率达到毫米每秒量级,频率分辨率达到千赫兹量级.利用微多普勒信息探测技术,实现了探测物体表面的微动状态信息和识别运动状态的目的.     

基于光纤F-P传感器的激光超声测量虚拟仪器设计

传统超声检测仪器开发周期长,成本高,扩展性能差,已无法适应现代激光超声检测技术的发展.本文设计了非本征光纤F-P传感器,建立了基于光纤传感技术的激光超声测量实验装置,研制了测量材料物理参数的可视化虚拟仪器软件,采用峰值间距法实验测试了铜试样的声速和厚度.结果表明,光纤F-P传感器能有效用F超声信号的探测.开发的激光超声...     

自适应中值滤波在云雷达数据预处理的应用

为了解决毫米波雷达回波噪声的污染,剔除Ka波段雷达探测数据中的散点噪声,得到雷达真实的探测大气云粒子回波,采用自适应滤波方法,改进并使其适用于Ka波段雷达资料的噪声剔除,同时进行了理论分析和实验论证。结果表明,相对于传统的中值滤波,自适应滤波具有明显的滤波性能,不仅可以剔除噪声,并有效地保留了雷达探测数据的局部细节。