激光超声及其在无损检测中的应用

简要地介绍了目前常用的各种无损检测技术，对利用激光产生与接收超声波的原理进行了说明，着重讨论了激光超声的主要技术特点，包括其突出的优点及目前尚存在的一些问题，在此基础上，指出了这一技术几个十分重要的应用举例及今后的发展方向。     

离焦量对激光超声测厚的影响

为了研究离焦量对激光超声信号幅值的影响,采用相同能量的脉冲激光辐照不同厚度的铝质试块进行了工件测厚的实验。光路会聚采用焦距100mm的平凸球面聚焦透镜,将该透镜固定于5维光学调整架上,调节水平轴旋钮以改变离焦量;利用中心频率5MHz的压电探头接收激光超声波信号,并记录所有试块在每个离焦量下的超声信号数据;依据信号之间的时间间隔,求出每个铝质试块的厚度。结果表明,测厚结果与工件实际厚度之间的相对误差均在3%范围内;在等量激光脉冲激励下,当工件表面处于离焦量-10mm时,获得信号的幅值最大。     

激光超声技术及其在无损检测中的应用

概述了激光超声技术的基本特点，介绍了激光超声产生及接收的基本原理，综述了激光超声技术在无损检测领域的应用简况，评述了激光超声技术目前存在的技术难题及今后的解决方向。     

激光超声无损检测系统设计

自20世纪70年代中期发展起来的激光超声新技术,其主要特性是它能以非接触的方式对物体进行无损检测,检测是在顷刻间完成的,并且便于与光学扫描相结合.本文中研究了采用激光超声进行无损检测的系统,完成了对系统光路、前置放大电路以及解调电路的设计,并且通过实验测得系统的检测误差率约为0.49%.     

激光超声对橡胶材料表面损伤的仿真研究

使用有限元分析软件,探究激光激发超声在橡胶类材料中的激发机理和传播特性,以及橡胶类材料本身所具有的非线性应力应变关系可能对激光激发超声过程的影响。为了研究激光激发超声的物理变化过程,在有限元软件中构建二维模型,根据脉冲激光的各种特性将激光辐照的过程等效成力在材料表面的作用,进而得到模型理论的应力变化过程和超声波回波的波形情况。该研究为激光超声技术对不同材料的适用性提供了数据和理论基础,也为激光超声在橡胶类材料无损检测范畴提供了一个新的途径。     

碳纤维复合材料激光超声检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、快速及高效等优点,在复合材料无损检测领域应用前景较好。该文研究了激光热弹激发超声应力的机理,构建了非接触式扫描激光超声检测系统,用于碳纤维复合材料结构健康状况的实时在线检测。实验研究了超声信号与激光参数和接收距离等参数间的关系。实验结果表明,激光超声检测技术可有效用于碳纤维复合材料结构健康检测;建立的碳纤维复合材料激光超声检测系统采用了扫描激光技术,单次检测仅需0.1s,提高了检测效率,且装置简单,操作方便,易于安装调试;热弹范围内超声信号幅值随激光能量增大而增大,随接收距离增大而减小。     

激光超声探伤虚拟仪器设计研究

激光超声检测技术以其优异的特性广泛应用于无损检测评估领域,传统超声检测仪器智能化程度低、开发周期长等缺点限制了超声检测技术的发展。该文分析了激光超声探伤的原理,给出了一种确定缺陷分布位置的计算方法,建立激光超声探伤实验装置,采用LabVIEW软件开发了超声探伤虚拟仪器,进行工程结构超声探伤实验研究。结果表明,该系统能有效用于工程结构缺陷定位,相对误差为5.97%,具有较高精度,可满足工程实际需求,且操作简单,易于实现,软件界面友好,可扩展性强,智能化程度高。     

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。     

激光超声光学检测应用

激光脉冲照射样品表面会发出超声波,利用光学方法对超声波进行检测,可以对材料和产品质量进行无损评估。介绍了激光超声共焦法布里-珀罗(F-P)检测的原理,设计了一种新型共焦F-P干涉检测仪(CFPI),很好地解决了激光超声光检测中激光器的稳定问题和CFPI的稳定问题,用纯光学方法实现了真正意义上的无损检测应用,实验验证了该激光超声光学检测系统的实现方式。     

用共焦法布里－珀罗干涉仪探测固体表面超声脉冲的研究

设计制作了一台腔长３０ｃｍ，频宽６ＭＨｚ的共焦法布里－珀罗干涉仪。着重介绍了用该干涉仪探测固体表面超声脉冲的原理、干涉仪的性能、特点和探测超声脉冲的实验结果。     

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。     

自聚焦多元辐射器超声热场的计算机模拟与实验研究

分析了非相干自聚焦多元辐射器的声场结构，对该声场进行了模拟计算，绘制了声强分布图，并利用自行研制的九元阵装置进行了实验研究。结果表明：非相干自聚焦多元辐射器可以产生具有较好聚焦特性的超声热场；焦域吸收率SAR大于80％，焦域温度在2s内达45℃，焦域直径在φ5mm以内。上述特性适合于高强度超声聚焦热疗使用。     

基于Vernier效应的光纤温度传感特性研究

近年来研究者借鉴游标卡尺和气压计中的游标(V ernier)结构,在多波长光纤激光传感器中使用双 干涉仪级联的方式产生Vernier效应,用来提升传感器的灵敏度。本文通过仿真与实验测试 ,对光纤Sagnac 干涉仪(FSI)和光纤法布里-佩罗干涉仪(FFPI)级联产生的Vernier效应进行了研究,设计 了两种不同结构 的温度传感器,研究了级联结构对传感器温度灵敏度的影响并进行了实验测试。结果表明, 温度灵敏度从 －1.7 nm/℃(FSI温度传感灵敏度)和0.008 nm/℃(FPI温度传感灵 敏度)分别提高到10.28 nm/℃和10.64 nm/℃ , 基于Vernier效应,温度传感器的灵敏度提升超过6倍,实验结果与理论分析基本一致(10.82 nm/℃)。     

基于F-P扫描干涉仪的长周期光纤光栅传感解调系统研究

利用F-P扫描干涉仪的滤波特性,提出了一种可应用于长周期光纤光栅传感解调的新方法.即利用F-P扫描干涉仪对长周期光纤光栅的某一级透射谱进行波长扫描,通过探测器实现光电转换,电压比较器对滤波光束电压进行比较,检测最小电压,借助F-P驱动电压进行定标确定传感元的波长,实现信号解调.通过与光谱仪监测值进行对比,得到实验结果与监测值基本吻合,且具有很好的重复性.     

法布里－珀罗干涉仪外腔半导体激光器的选模和锁模特性研究

报道了法布里－珀罗干涉仪用作半导体激光器外腔的选模原理和选模及锁模实验。通过压电陶瓷调节Ｆ－Ｐ干涉仪的间距，实现了半导体激光器本身的静态及动态单纵模运转，在调制频率为６５６ＭＨｚ的情况下，获得了近变换极限的外腔锁模高斯形超短脉冲，脉宽为１３ｐｓ，时间带宽乘积为０．４６。最后讨论了Ｆ－Ｐ干涉仪对半导体激光器的模式特性的影响。     

基于MOEMS技术的F-P光开关的设计

Fabry—Perot(F—P)干涉仪是很多与波长相关的光学元器件的核心结构,通过研制基于MOEMS技术的F—P光开关,可以得到研制一大类MOEMS选频器件的基本设计方法和基本工艺步骤。文章给出了能完全与现有IC工艺相结合,采用Si,SiO2和Si3N4材料的多层介质结构的F—P光开关的设计方法和设计尺寸及其光性能的模拟结果,为今后研制光开关以及结构更为复杂的滤波器等打下了坚实的基础。     

基于激光激发多模态超声波速测量的材料弹性常数测定

提出了利用精确测量激光激发的多种模态的超声波速来测定各向同性材料密度和二阶弹性(SOE)常数的实验系统和方法。把Nd:YAG激光器产生的激光聚焦成线源在样品表面不同位置激发3种模态的超声波,采用自行设计的压电陶瓷(PZT)传感器分别探测接收表面波、纵波和横波信号。利用扫描激光源技术和波形相关技术精确测算表面波波速,再根据体波传播距离和到达时间分别计算纵波和横波波速,最后根据瑞利方程和克里斯托费尔的弹性理论,计算得到材料的密度和二阶弹性参数。实验结果表明,该方法测得的铝样品的密度和二阶弹性常数C11,C44具有较高的可靠性和测量精度。     

补偿式光纤双法布里－珀罗微位移测量系统

本文提出一种能补偿环境影响的，插入光纤传光介质的新型微位移测量系统和灵敏度阈的实验结果。由于采用平行双通道的结构，系统具有高精度、抗干扰的补偿法特点。该系统适合于微位移（纳米级）测量，可用于检定其它高精度位移传感器，几何量计量中定位，微细加工表面轮廓测量以及可以转换成微位移量或光程差的其它物理量测量中。