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《华中师范大学》 2004年
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激光超声技术及其在金属无损检测方面的应用

李刚  
【摘要】: 近年来,随着工业自动化程度的不断提高,人们对无损检测技术,尤其是非接触无损检测技术的需求越来越迫切。激光超声检测技术是利用激光脉冲照射样品表面,激发出超声波,并利用光学方法对超声波进行检测,从而实现对样品进行无损检测的一种方法。目前,激光超声技术已成为无损检测领域中的一种重要技术和手段。 由于激光超声具有非接触,时间和空间分辨率高,对样品的形状和尺寸没有特殊要求等优点,它已被广泛地应用于工业无损检测,材料的表征,以及复合材料和各向异性材料的声传播规律研究等领域。 本文首先阐述了激光超声的热弹激发机理和烧蚀激发机理,并分析和比较了激光超声各种波形的特点。然后,介绍了激光超声的光学检测技术,并重点分析了外差干涉检测技术和共焦Fabry-Perot干涉检测技术的原理和特点。 在此基础上,本文介绍了激光超声检测系统的基本结构及工作原理,并通过实验证实了利用激光超声技术对金属进行无损检测的可行性和有效性。通过实验检测铝板的超声回波,求出了铝的超声波速度,并根据固体力学理论,得出了与理论数值相符合的材料的弹性模量。实验还对铝板的表面人工缺陷进行了检测和分析。 本文进一步分析了激光超声的激励源,检测手段等因素对检测结果的影响。通过对超声振动位移与激光脉冲的光功率密度的关系进行分析,发现二者之间存在正比关系。在分析点光源激励声表面波机理的基础上,求出了线光源激励的超声振动的位移表达式,发现线光源激励的近场区表面波具有波形好,信噪比高,指向性好,幅度强等特点。通过理论推导,得出共焦Fabry-Perot干涉仪的输出光强除了与样品表面的振动速度成正比,并与入射角和散射角有关;适当减小CFPI的带宽,增加腔长,增大镜面反射率,或者减小检测入射角都可以提高系统的信噪比。
【学位授予单位】:华中师范大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TN247

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