激光超声无损检测技术

 传统的无损检测方法具有一定的局限性,例如:在高温高压、高湿、有毒等某些恶劣检测环境中,或被测工件具有放射性或腐蚀性,以及被测工件具有较快的运动速度时,已不能完全满足要求。因此,人们一直都在努力寻找适合于上述情况的无损检测方法。这里介绍一种激光超声检测技术,它是利用激光脉冲激发超声从而实现无损检测的一种方法,已逐渐成为材料无损检测的一种重要手段。本文详细介绍了激光超声的检测原理及应用,并指出目前尚存在的问题及解决措施。激光超声的激发原理激光超声是指用脉冲激光在介质中所产生的超声波或利用激光来产生超声这一物理过程。激光可以在固体中产生超声,也可以在气体和液体中产生超声。     

基于激光超声的微裂纹检测技术的研究

在固体中利用激光产生超声波 ,可作为超声测量和材料无损检测的一种新方法。介绍了激光超声表面波的产生机理、微裂纹的检测方法及其应用。采用Nd∶YAG脉冲激光器、扩束与聚焦透镜组、PZT探头、数据分析仪等器件设计并构建了一套基于接触式检测方法的激光超声微裂纹检测实验系统。通过对大量实验数据进行处理 ,得出了相应的各种关系曲线 ,说明了线光源产生的超声表面波非常适用于材料表面微裂纹的检测     

基于多模态信号的金属材料缺陷无损检测方法

金属材料缺陷检测对于经济发展具有重要意义.针对现有无损检测技术信号模态单一、检测范围有限等不足,提出了一种基于多模态信号的金属材料缺陷无损检测方法.该方法以光声无损检测方法为主体,首先利用有限元方法分析了缺陷对激光能量吸收量和光声表面波传播的影响,提出了基于激光吸收量和光声表面波的缺陷检测方法;然后搭建了多模态信号检测平台,采集了缺陷的光学、光声和超声三种模态的信号,检测出了裂纹的宽度和分布信息,以及深度和在内部的延伸状况.研究结果表明,本文提出的基于金属材料多模态信号的无损检测方法能够准确、全面地检测出金属材料的杂质和裂纹的尺寸信息,弥补了现有无损检测方法在检测范围上的不足,为缺陷定量检测和全面诊断提供了一个新的思路.     

激光激发超声波的新方法研究

介绍了激光激发超声波的原理，分别给出了热弹机制和烧蚀机制下的纵波和剪切波理论波形；基于排列因子作用，提出了一种新型激光激发超声波的方法——激光定相位排列激发超声波，激光源经过定相位排列后，在某一方向上产生的超声波幅度比传统单一源产生的超声波幅度要强很多，采用此种方法，可实现对超声信号方向和强度的有效激发控制，对下一步的超声无损检测有非常重要的意义；结合实际给出了该方法的实现方式.     

基于无线通信的激光超声测量系统

激光超声测量技术是一种重要和先进的非接触式超声测量技术.为了减少测量系统各构成部分间的电缆连接,将无线通信技术与激光测量技术的特点相结合,研究了一种激光超声无损测量系统,分析了该测量系统的原理及构成.系统用掺钕钇铝石榴石固体激光器在材料中激励超声波,压电换能器接收超声信号.该信号经系统级芯片MSP430F2274单片机放大、模数转换成数字信号,然后由单片机控制nRF905芯片进行信号的无线传输.接收部分的单片机采用RS-232-C接口标准实现与计算机的串行通信,把信号送入计算机显示记录存储和处理.结果表明该系统实现了激光超声的近程无线测量, 简化了系统的结构,传输性能稳定,对周围电子仪器干扰小,显示了很好的应用前景.     

基于光纤耦合与相干探测的无损检测方法

提出了一种将空间激光注入光纤与相干探测技术相结合的激光无损检测方法。分析了激光超声信号的传输特征和相干光探测原理,探讨了激光无损检测的信号处理及噪声抑制方法,构建了以激光激励与检测为基础,激光注入与保偏传输为核心,图形化编程语言LabVIEW人机交互为监测手段的实验系统。实验结果表明,该系统能减小背景光的抖动对信号检测的影响;通过控制激光的光斑直径及能量可获得不同超声信号的反射波峰,有效提高了超声回波信号对材料缺陷检测的敏感性和平稳性。检测方法为工程应用提供了新的技术途径。     

基于分布式超声无损检测方法的零件内部缺陷检测

超声检测广泛应用于工业检测,比如超声相控阵检测法和超声A扫应用于零件内部缺陷检测。然而,这些方法可以检测出缺陷位置却很难精确地检测缺陷尺寸,缺陷定量成了急需解决并且很有意义的问题。本文提出了一种分布式超声无损检测方法,将超声探头均匀布置在检测表面,每一个超声探头可以同时发射和接收超声信号,通过对接收到的信号进行处理来重构缺陷轮廓。基于分布式超声无损检测方法,重构零件的人造缺陷并建立相应的声学仿真模型。通过多项式拟合法和聚类法分别处理实验和仿真所获得的数据并重构缺陷轮廓。实验结果和仿真结果显示重构的椭圆形缺陷和正方形缺陷具有一定的精度。结果表明分布式超声无损检测方法有潜在的应用价值和理论意义。     

’94北京检测技术交流会在京召开

由北京机械工程学会无损检测分会、中国声学学会检测声学分会、中国机械工程学会无损检测分会超声专业委员会和促进无损检测器材发展工作委员会联合主办，北京NDT技术交流中心承办的“’94北京检测技术交流会”于1994年10月8日一10日在北京国际会议中心隆重召开．这是无损检测学会与声学检测学会第一次在北京联合召开的全国性大规模学术交流会，也是第一次由从事无损检测与声学检测两个方面的科技工作者联合参加的检测技术交流会．出席大会的代表近200人．大会共收到论文110篇．特邀大会报告6篇：中科院院士应崇福先生的“激光超声研究与…     

北京无损检测分会举办超声散射理论高级培训班

北京机械工程学会无损检测分会,于1984年2月9日至13日在北京空军招待所,举办了超声散射理论高级培训班.聘请了中国机械工程学会副理事长、无损检测学会理事长、中国科学院声学研究所应崇福教授任主讲老师.系内外共有46名学员参加. 超声在固体内的散射,是超声无损检测中的一个基本课题.1956年应崇福教授即合作发表过一篇重     

利用计算全息技术重构激光超声的激发面源

把计算全息技术引入激光超声无损检测系统,此系统借助直接搜索算法生成计算全息图,利用空间光调制器液晶器件代替传统全息干板再现全息图像,并将此生成、再现方法具体用于空间调制的脉冲激光源的产生,以辅助固体表面的窄带超声波的激发。由于算法的稳健性和重建方法灵活性,大大简化了激光超声实验系统,缩短了实验周期,在激光超声无损检测领域有广泛的应用空间。     

基于激光水下爆炸声源的声探测技术

基于激光水下爆炸的声探测技术,设计了激光声水下目标探测器。对激光水下爆炸声源的产生机理进行研究,并开展水下探测器发射声信号检测的实验。实验结果表明:强脉冲激光聚焦于水介质产生爆炸性球面声源,探测器内部的声反射面将球面声信号转变为高指向性的平面波信号。通过对探测器的发射信号和接收的目标回波信号进行数值计算,得到探测器发射信号具有波束指向性窄、距离分辨力高和探测距离远等特点,满足水下目标探测的应用需求。     

Experimental demonstration of remote, passive acousto-optic sensing

Passively detecting underwater sound from the air can allow aircraft and surface vessels to monitor the underwater acoustic environment. Experimental research into an optical hydrophone is being conducted for remote, aerial detection of underwater sound. A laser beam is directed onto the water surface to measure the velocity of the vibrations occurring as the underwater acoustic signal reaches the water surface. The acoustically generated surface vibrations modulate the phase of the laser beam. Sound detection occurs when the laser is reflected back towards the sensor. Therefore, laser alignment on the specularly reflecting water surface is critical. As the water surface moves, the laser beam is reflected away from the photodetector and no signal is obtained. One option to mitigate this problem is to continually steer the laser onto a spot on the water surface that provides a direct back-reflection. Results are presented from a laboratory test that investigates the feasibility of the acousto-optic sensor detection on hydrostatic and hydrodynamic surfaces using a laser Doppler vibrometer in combination with a laser-based, surface normal glint tracker for remotely detecting underwater sound. This paper outlines the acousto-optic sensor and tracker concepts and presents experimental results comparing sensor operation under various sea surface conditions.     

Three-dimensional imaging simulation of active laser detection based on DLOS method

The technology of active laser detection is widely used in many different fields nowadays. With the development of computer technology, programmable software simulation can provide reference for the design of active laser detection. The characteristics of the active laser detecting systems also can be judged more visual. Based on the features of the active laser detection, an improved method of radiative transfer calculation (Double Line Of Sight) was developed, and the simulation models of complete active laser detecting imaging were founded. Compared with the results calculated by the Monte Carlo method, the correctness of the improved method was verified. The results of active laser detecting imaging of complex three-dimensional targets in different atmospheric scenes were compared. The influence of different atmospheric dielectric property were analyzed, which provides effective reference for the design of active laser detection.     

夹层式光纤激光水听器探头优化设计

为改善分布反馈式(DFB)光纤激光器水声探测性能,利用有限元软件ANSYS,以相对加速度灵敏度为目标函数,结构尺寸参数为设计变量,结构第一阶固有频率和探头声压灵敏度为状态变量,对夹层式封装结构进行了优化设计,对其声压探测及抗加速度机理进行了分析。分析表明,基于优化结果设计的探头在采用100m非平衡干涉仪时,其声压灵敏度约为-135.1dB,相对加速度灵敏度可达到-19.6dB。结果表明,基于封装结构敏感部分分别承受声压激励和加速度激励时的不同响应机理,对夹层式封装结构关键部位尺寸进行优化设计后,通过合理选择承压梁与中间变形梁的厚度以及上下连接点的位置,封装制得的光纤激光水听器具有较高的声压灵敏度和良好的抗加速度性能。     

基于马赫-泽德干涉具的激光光谱探测技术研究

实时、可靠地探测敌方来袭激光的类型和特征参数是激光告警的主要任务。相干探测技术依靠激光的相干性探测其信息,是较有效的探测技术之一。为了探测来袭激光光谱信息,设计了一种激光探测与光谱实时测量装置。该装置以相干探测技术和傅里叶光学与光信号处理为基础,使用实心小型静态马赫-泽德干涉具作为相干探测元件,它能有效地抑制背景光,无机械扫描部件,光谱检测速度快,可探测纳秒级窄脉冲激光信号;用高速DSP芯片和多通道帧减技术进行实时信息处理,实现背景噪声去除、激光探测和光谱测量。测试结果表明,运用马赫-泽德干涉具和多通道帧减技术,能实现脉冲激光探测,提高测量精度;可探测激光脉冲宽度为10 ns,波长测量误差小于10 nm。     

Femto-, Picosecond,and Terahertz Optoacoustics

The possibilities offered by the optoacoustic monitoring of the sea shelf are considered, based on the development of reliable laser sources of femto- and picosecond pulse duration and new ways of detecting and processing high-frequency signals. The basis of these new possibilities is a volume source of sound produced as a result of the breakdown of the medium under the action of ultrashort laser pulses. An overview of new worldwide achievements is presented. The results from a number of model experiments on the optoacoustic monitoring of low concentrations of gas impurities, and on the precise monitoring of the sea shelf, are interpreted.     

On the observation of vacuum birefringence

We suggest an experiment to observe vacuum birefringence induced by intense laser fields. A high-intensity laser pulse is focused to ultra-relativistic intensity and polarizes the vacuum which then acts like a birefringent medium. The latter is probed by a linearly polarized X-ray pulse. We calculate the resulting ellipticity signal within strong-field QED assuming Gaussian beams. The laser technology required for detecting the signal will be available within the next three years.     

时间反演聚焦经颅磁声电刺激仿真与实验研究*

无创脑神经调控技术是生物医学领域的研究热点,经颅磁声电刺激是利用静磁场和声场的耦合而产生的感应电场作用于神经组织,对大脑的目标位置进行刺激和调控的一项技术。颅骨的存在使超声在传播过程中发生相位畸变和幅值衰减,聚焦区域偏离,难以实现精准聚焦。该文基于时间反演法,模拟颅内点声源发射脉冲以及超声传播过程,计算各个阵元接收到的时间差,按照后到先发的原则发射脉冲进行聚焦刺激。与传统相控阵聚焦相比,焦点偏移现象基本得到解决,焦域横向、纵向分辨率均有所提高,提高了声束聚焦精度和感应电场峰值。通过搭建实验平台,将两种聚焦方法所测得的声场归一化处理,验证了时间反演法能补偿焦点偏移,并通过实验证实了超声换能器声场和产生感应电场分布存在较高的一致性。基于真实颅脑结构的虚拟点源时间反演聚焦可以实现无创、精准、灵活的经颅磁声电刺激,有助于推动精准神经调控技术的发展。     

应用激光技术检查火炮的零位和零线

在火炮（包括地炮,高炮）的零位、零线检查中,一直停留在吊垂线、人眼瞄准等费时费力的传统方法中,速度慢,误差大,夜间和野外条件下无法实施,而且由于垂线较高,危险性较大。利用“激光延展技术”代替铅垂线,用激光束瞄准代替人眼瞄准。并在零位检查中利用ＣＣＤ探测技术,使“激光垂线”和炮口十字线通过ＣＣＤ摄像头形成的像在显示器上显示出来。该方法可使火炮校正速度提高５倍左右,精度提高一倍。     

直接光强检测方式分析激光遥测水下声场探测灵敏度

激光声遥感探测水下声信号技术,是比以往任何一种水声探测技术都先进的技术,但探测系统的灵敏度一直未曾分析。得出了在直接光强检测方式下表面微波的最小可探测幅度值,并且分析了最小可探测幅度值分别和探测高度、接收孔径的关系。在直接光强检测方式下,针对水下声场形成的表面微扰现象,通过建立探测系统的一维物理模型进行理论推算。直接光强检测方式下表面微波的最小可探测幅度值为0.424 4 mm,当表面微波幅度超过该值时,探测系统灵敏度完全满足对水下声场的实时监测要求。