手机版
|
19世纪60年代激光技术问世后，光学技术得到了迅猛的发展。由于激光具有高亮度、单色性强和相干性好等优点，使激光技术在很多领城得到了广泛的应用。随着人们对激光技术的深入研究，激光与其他学科的互相渗透也越来越广，许多学科都由于激光的介入而焕发了新的活力，激光超声技术就是在这种条件下产生的一项新技术。激光超声技术应用于材料缺陷和性能的检测中，实现了超声检测的非接触在线测量，邵氏硬度计http://www.shaoshiyingduji.com充分发挥了超声检测的优势。作为一种新生技术，激光超声检测系统多数还处于实验室研究阶段，但在武器装备方面运用较早，并迅速发展，由于该技术良好的自身特点，使其拥有广泛的应用前景，其原因如下。
(1)激光激励应力时间短，可以得到很精确的时间分辨率，这样就能用激光超声技术对很薄的材料进行无损检测;
(2)由于该技术用激光照射金属表面产生超声波，属于非接触测量，所以可将其应用于高温和恶劣环境下，对表面粗糙和不规则的物体进行测量;
(3)可根据不同需要在两种情况下产生超声波(热弹性、热烧蚀)，利用其不同的超声波特性进行测量;
(4)通过激光扫描可以扩大测量范围;
(5)该技术可应用于自动控制系统中进行在线测量，以提高产品质最，提高劳动生产率。
2 激光超声产生的机理
高能量的激光脉冲照射到金属材料表面时，其表面吸收激光辐射，引起材料的快速加热，产生振动，发出超声脉冲。根据激光光束强度的不同，激励超声脉冲有两种机制：热弹性激励和热烧蚀激励。
2.1 热弹性激励
当激光功率密度小于107瓦 /cm2时，激光照射金属材料表面后，其能量被表面附近的薄层吸收，此薄层的热能增加，并且传导到材料的内部，在材料中，当吸收快于热传导时，受热层膨胀并对邻近的材料施加一个应力脉冲，这样就产生了穿透材料的压缩冲击波，热弹性激励超声脉冲就是这种条件下产生的。
2.2 热烧蚀激励
当激光功率密度大于107瓦 /cm2时，激光照射金属材料表面后，沧州欧谱其表面温度急剧升高，部分金属被激发，甚至形成等离子体，它们以很高的速度离开金属表面，同时又对金属表面产生一个反作用力，在激光照射的表面运动并产生一个压缩脉冲。
由上可知，当激光脉冲功率密度小于107瓦 /cm2时，超声是由热弹性激励产生的;当激光功率密度大于107瓦 /cm2时，超声是由热烧蚀激励产生的。前者功率较低，可产生无任何损伤效果的超声脉冲，后者功率较高，会造成材料表面的少量损伤，这种损伤是微观的，对材料的性能影响很小，可忽略。这两种机理产生的超声特性也不尽相同，对它们的应用，可根据具体情况具体分析。
3 激光超声检测系统的原理
激光超声测量系统主要由两大部分组成，一部分是发射系统;一部分是接收系统。接收
系统一般又由激光干涉仪、光电探侧器、信号放大处理电路组成。 其工作原理简述如下：发射部分由一台高能脉冲激光器构成，它可按不同的需要防止在接收部分的同侧或异侧，用以在被照物体上产生高热量，从而产生超声脉冲信号。
超声信号从照射点被激发出来，并沿物体内部传播，这样，该超声信号便携带了有关物体的厚度、缺陷、应力以及晶体结构等信息。
当超声信号传输到干涉仪的激光照射点时，它引起的物体表面振动便将入射激光调制了，由于干涉仪能测量细微的光程变化，所以其输出光就会携带物体表面的振动信息。
光电探测器是由光电二极管构成的，它将光信号转变成电信号。
光电探测器输出的信号一般都很小，而且有噪声，所以需信号放大处理电路对电信号进行放大，提高信噪比，并将光电信号中的振动信息解调出来，从而得到激光超声波形，以探测材料内部的信息，由于超声位移很弱，所以该测量属于微弱信号的测量。
4 激光超声位移的测量
对激光超声位移的测量方法较多，大都利用了光的干涉原理，其中外差干涉法便是一种
比较传统、实用的测量方法。
外差法检测是指两干涉光束的频率不同，其中一束光加载了载频(频移)，沧州欧谱光电接收器接收到的信号是载频信号，该信号的三个参量(幅值、频率、相位)包含了被测物理量的变化，经过信号处理可以重现被测物理量。一束激光通过分光镜后被分为两束，分别经过M1、M2返回到光电探测器表面，其中一束激光是经样品反射回来的，其光波的相位将受到样品内部超声信号(超声位移)的调制，另一束激光由于经过了移频装置(布喇格器件等)，其反射光已发生频移。假如两束光偏振状态相同，传播方向相同且重合，并且都垂直入射到光电探测器上。
若设信号光的频率为ωs=2πfs
参考光的频率为ωr=2π(fs+ fr)
且光电探测器整个接收面上的量子效率是均匀的，则可根据光的电磁理论得到信号光和
参考光的电场矢量分别为：
式中δ(t)为超声波所引起的位移，由上式可知，光电探测器输出电流是一个相位调制信号，即调相信号，该信号通过处理电路解调之后，即可得到所需探测的激光位移δ(t)，即实现了对激光超声位移的测量。
5 结束语
激光超声检测技术继承了为人们所熟知的超声检测的全部优点，同时实现了远距离测量，解决了抑制超声检测发展的最大问题。现在，激光超声技术在一些国家的军事高科技中(如军事侦察、监听技术，高温测量等)已有突破性的发展和运用，随着科技的发展，该技术势必被人们所认识，并在工业生产中得到广泛的应用。
|
