激光超声检测技术.pptx
《激光超声检测技术.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《激光超声检测技术.pptx(35页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院1http:/www.hust,edu,cn激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术1 激光超声检测基本原理2 超声波的激光激励2.1 激励机理2.2 热弹效应激励的超声波体波激励的指向性、瑞利波的激励、Lamb波的激励、多层介质中导波的激励、阵列激励源2.3 用于激励超声波的不同类型的激光3 超声波的声学探测3.1 光束上超声波信息的编码强度调制、相位或频率调制3.2 光学干涉仪4 应用4.1 激光超声缺陷检测体波的激光超声缺陷成像、表面波的激光超声缺陷成像、Lamb的激光超声缺陷全显成像、表面开口缺陷的扫描激光成像4.2 激光
2、超声过程监测4.3 激光超声材料表征薄膜的机械性能表征、材料各向异性表征华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院2http:/www.hust,edu,cn1 1 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-基本原理基本原理基本原理基本原理激光超声主要利用激光作用在被测构件上,通过电离式作用或快速热膨胀引起构件局部受力变形,进而在构件激发出声波,并且利用光学传感器束探测该声波的变化。因此,该方法提供的是一种非接触的检测方法。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院3http:/www.hust,edu,cn激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-
3、特点特点特点特点优点 (1)非接触 避免了传统超声法中由于耦合层的变化而带来的对信号的各种干扰以及由于耦合剂的使用而对一些材料的污染,同时也使得快速超声扫描成像的实现变得更容易。另外激光探测法还可使被测超声波场不受任何干扰,这一特性对于其它传感器的校准十分有利。(2)能远距工作 远距操作可免去很多对传感系统的冷却要求,大大减少系统复杂性,另外激光束可通过一玻璃窗口导入特定的密闭空间,因而激光超声可方便地用于存在核辐射、强腐蚀性以及化学反应等这样一些恶劣的环境条件下。(3)频带宽 在大多数金属中利用几十纳秒的短光脉冲所产生的超声脉冲宽度与激励光脉冲宽度十分相近,利用超短的超声脉冲和宽带的超声传感
4、器,可以更精确地测量超声脉冲的渡越时间,该特性对于薄膜材料的定量分析及基于超声衍射方法的缺陷检测技术尤其重要。(4)高空间分辨率 这是指探测激光束可被聚成非常小的点,从理论上说,光点的极限大小受光波衍射限制,因而对于常用的激光系统来说,可实现仅数微米的最高空间分辨率。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院4http:/www.hust,edu,cn激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-特点特点特点特点缺点 (1)灵敏度低 尽管激光激励的超声波振幅与一般宽带压电换能器所激发的相当,或者略小一些,但激光干涉仪的接收灵敏度要比传统的超声检测系统差许多。在超声频率范围内,
5、典型的压电传感器的探测极限在0.01pm到lpm之间。对多数实验室使用的干涉仪,在理想条件(防震,试件表面抛光)和带宽10MHz情况下,一般最小可测位移在100pm左右。(2)完整的检测系统复杂,体积庞大,造价也比传统压电传感系统昂贵。(3)由于使用高能激光,因而工作场地需采取严格的激光防护措施。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院5http:/www.hust,edu,cn1 1 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-基本原理基本原理基本原理基本原理传统的超声检测技术绝大多数耦合剂的使用温度都在100C以下。常用的超声换能介质PZT,其工作温度一般不能高于30
6、0C,即使换成其它高温材料,如铌酸锂,工作温度也不会超过700C。电磁声换能器(EMAT)并配上适当的冷却系统,可以实现高温下的非接触式检测。但是,这种系统中电磁传感头与被测件间的工作距离只有数毫米,且检测信号的强弱受这一距离变化的影响很大。工业CT技术作为一种无损检测手段具有很多优点,美国IDM公司曾采用工业CT技术(辐射源为3个50的)实现对每秒数米延伸速度的热轧钢管作在线检测、监控。但是该系统目前十分昂贵、复杂,被测件的最大允许尺寸也往往受到一定限制,因而还难于实现一般的工业使用。采用一定的空间结构光,利用CCD摄像机对摄取的工件图像进行处理,可对一些三维尺寸作在线检测,该法已被证明经济
7、方便且有效,缺点是摄像法无法测量像管子壁厚这样的一些量,也无法检测工件的各种缺陷。激光超声是对传统超声检测技术的一大发展,它利用高能激光脉冲来激发超声并用激光来检测超声,具有非接触、可远距离探测等许多优点,尤其适合于一些恶劣环境场合,比如存在高温、具有腐蚀性、辐射性以及被检件具有较快的运动速度等一些条件下的使用。华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院6http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光产生 利用激光产生超声波的方法可分为直接式和间接式两
8、大类,直接式利用激光与被测物质的直接作用,通过热弹效应或烧蚀作用激发出超声波,间接式则要利用被测材料周围的其它物质作为中介。1 激励机理 图1 激光超声的产生(a)热弹性机理(b)烧蚀机理 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院7http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励2 热弹性激励超声波 为简单起见,假设构件是均匀、各向同性介质,热弹性激励包括以下三个步骤:(1)电磁能量被介质吸收。(2)热源的发散。(3)体积膨胀引起的动力学问题,并且假设能量吸收、温
9、度升高和机械变形各自独立,互不关联。光能被吸收取决于激光波长和材料特性,当光垂直入射到构件表面时,光强随深度的变化 对金属,一般采用表面波模型;对其他材料采用体波模型。材料吸收光能在材料表面引起的热能分布 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院8http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励热传导方程可解决给定热源的热学力学问题。采用hyperbolic热传导方程 通过求解(3)式可得到温度T的分布 由于吸收光能产生的温度升高,引起的体积膨胀 采用标量和矢量势
10、函数,包括体积变形的动力学方程 上述动力学方程的边界条件是表面拉力的消失。应变位移 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院9http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励给定激光源参数,采用传递函数技术可得到温度场和动力场分布,热导方程和动力学方程在时间上采用单边拉氏变换,在空间上采用傅里叶变换(对线光源)或Handel变换(对点光源),得到闭解后可重新回到物理方程上。热散射忽略,结果可简化得到平面应力 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院10http:/
11、www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励实验测量的四热源中心表面法向位移(a)纵波(b)横波 体波产生的指向性 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院11http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励 瑞利波的产生(点光源)热弹性线源产生的单方向瑞利波表面法向位移 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院12http:/www.hus
12、t,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励在一个薄铝板上产生的热弹性Lamb波,表面法向位移距热源不同距离上测的 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院13http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励多层介质结构中导波的激励 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院14http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技
13、术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励阵列源 通过在时间和空间上布置激光能量,产生的声波可被集中到需要的地方,声波信号带宽变窄,信噪比提高。产生窄带表面波的激光超声系统 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院15http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励 相互交叉的两束光波产生高频表面波 华中科技大学机械学院华中科技大学机械学院16http:/www.hust,edu,cn2 2 激光超声检测技
14、术激光超声检测技术激光超声检测技术激光超声检测技术-超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励超声波的激光激励3 用来激励声波的激光器 选择激光器的类型取决于在材料中激励何种形式的超声波和希望得到的超声波的带宽。激光器的主要参数有:波长、能量、脉冲持续时间和重复率。重复率对检测速度非常重要,脉宽对产生的超声波带宽起着决定作用,同样,空间范围也影响到带宽,调制的连续波激光比较适合低频范围(几KHz),一般情况下,10ns激光器产生10MHz频率范围,对更高频率范围,脉宽以100波秒计,可产生100MHz或上GHz。激光能量取决被测材料,由于激光造成的损失可否被接受,激光能量从纳焦、微焦甚至
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 激光 超声 检测 技术
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【丰****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【丰****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。