激光诱导热波差分法分层检测金属次表面缺陷

用固体材料吸收一维热传导模型求解一维热传导方程,获得了试样表面温度与试样缺陷深度、泵浦光调制频率的关系,进而推论出：控制调制频率确定热扩散长度就确定了可探测的埋在固体内部缺陷的深度范围。利用热波辐射产生试样表面温度变化引起邻近表面空气折射率变化的原理和垂直光热光偏转探测技术,建立了以全半导体激光为泵浦光和探测光的光热偏转检测装置,对Al块表面二维扫描检测到的热波信号作编码成像处理得到热波像。通过2个调制频率下热波像的差分处理获得了埋在次表面深度330μm处、厚度为50μm的沟槽缺陷,论证了热波差分成像检测方法对金属次表面缺陷实现分层成像检测的可行性。     

表面裂纹深度检测的非接触光声检测技术研究

提出了一种基于激光超声宽带透射系数和的表征参数,实现了表面裂纹深度的定量检测。通过有限元仿真与实验测量方法,从时域和频域分析了激光产生的瑞利波与表面裂纹的相互作用机制,采用宽带透射系数和作为表征裂纹深度的物理参数,并建立了其与表面缺陷深度之间的拟合方程。结果表明,脉冲激光产生的瑞利波对金属表面裂纹深度变化十分敏感,所提出的计算方法可用于精确判断表面裂纹的深度。本文研究成果可为工件表面裂纹的非接触检测提供潜在应用。     

激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究

为了研究声表面波与表面缺陷的作用机理,实现激光超声技术对表面微缺陷定量检测,本文采用有限元法首先分别研究了声表面波与缺陷前沿、缺陷后沿的作用,然后讨论了缺陷宽度的存在对缺陷前沿与声表面波作用的影响,最后通过分析矩形缺陷与声表面波的作用,给出了能定量表征表面缺陷的特征量。研究结果表明:RS波(特征点Q)后的振荡信号(特征点W、E)来源于透射表面波在缺陷后沿所产生的振荡。特征点Q的到达时间随表面缺陷深度或宽度增大都呈现微小的线性增长；特征点W、E的到达时间差随表面缺陷深度的增大呈线性增长,与缺陷宽度的变化无关。最后,根据特征点的到达时间实现了缺陷深度的定量计算。研究结果为表面缺陷的定量检测提供了理论依据。     

激光激发瑞利波测量铝合金焊接残余应力

根据声弹性原理提出了一种新的测量材料表面焊接应力的激光超声方法.利用Nd:YAG脉冲激光在材料表面激发高频率超声瑞利波,采用非线性激光干涉仪对检测焊接应力的超声瑞利波进行探测.探测点的位置保持不变,通过激发源的扫描来改变激发源和探测点之间的距离,干涉仪探测到一系列超声脉冲波形信号.采用波形相关技术计算相邻超声瑞利波的传播时间延迟,得出瑞利波的传播速度,进而根据声弹性理论计算出相应的应力值.通过激光源在焊缝附近的扫描,得到焊缝周围的应力分布.测量了铝焊接平板表面的残余应力,得到了样品表面的焊接应力分布.实验结果表明,这种方法可以实现样品表面焊接应力的快速扫描测量,使其在材料表面焊接应力分布无损检测领域具有一定的应用价值.     

激光超声透射波频域特征的仿真与实验研究

为了解决航空发动机原位裂纹的快速检测问题,通过数值模拟与实验分析相结合,分析激光超声透射波与不同深度缺陷的铝板相互作用后的频域波形峰值的变化。研究表明：（1）随着缺陷深度的增加,透射波频域波形的幅值整体上呈现降低的趋势;（2）由实验数据分析可得,缺陷深度从0.3mm增加到0.9mm时,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的峰值增加量分别为35.45%、24.90%、24.11%,即其增加量逐渐减小。该分析方法为超声信号表征表面微缺陷提供了一种思路,为今后从频域峰值方面分析裂纹深度奠定一定的基础。     

激光超声检测表面裂纹深度的数值模拟

为了研究激光冲击所引起的瑞利表面波在材料表面裂纹检测方面的作用,采用ABAQUS建立了激光超声无损检测表面裂纹的模型,并模拟激光在材料表面激发瑞利波及瑞利波沿材料表面传播的过程。从激光的峰值压力、空间分布、时间分布3个方面将激光冲击作用等效成力的作用,体现了激光参量在作用过程中所起到的作用;同时,使用无限单元消除了边界的反射回波。通过对接收点处瑞利表面波信号的分析,进行了不同深度表面裂纹对瑞利波回波峰值影响的定量比较。结果表明,瑞利反射波的正向峰值与下一次最大正向位移所对应的时间的比值和表面裂纹深度之间存在着线性关系,进而为实验测量表面裂纹深度提供了一种测量方法。     

基于激光热成像的金属表面缺陷深度检测

为了突破传统方法对材料表面缺陷深度检测的局限性,提出了一种基于透射式激光热成像的无损检测技术.选用激光源作为激励源,对被测材料的缺陷表面进行加热,加热点选在材料表面缺陷正下方处,激光输出功率为50 W,加热时间为1 s.在加热过程中,材料背面的温度场由于热流在材料缺陷传导过程中的影响而产生温度差异,故使用红外热像仪对加...     

激光超声表面缺陷检测的实验方法

提出了一种非接触式、全光学激光超声检测的实验方法。利用Nd：YAG脉冲激光器、He-Ne激光器和平衡接收器构建一套基于光束偏转法的光差分检测系统，测量了表面带缺陷Al样品的声表面波（SAWs）。通过实验获得了SAWs经过表面缺陷时产生的反射回波及透射波形的特征，说明了线光源产生的超声波非常适合材料表面缺陷的检测。     

激光远场激发表面波在开口缺陷处的散射回波

为了实现激光超声技术对表面缺陷的定量检测,采用有限方法模拟了激光激发的表面波与表面开口矩形缺陷作用的复杂过程,比较了近场和远场两种不同激发方式下相同接收点的位移信号,发现远场激发下各种模式转换波和反射表面波能充分分离,有利于分析表面波与缺陷作用的复杂过程。在远场激发方式下分别探讨了表面波与缺陷前沿和后沿的作用过程,提取缺陷产生的散射回波特征,并用惠更斯原理分析其产生原因。最后研究了缺陷深度和宽度变化对散射回波特征的影响。结果表明,散射回波特征点到达时间差与缺陷深度和宽度有线性关系。该研究为反问题估算缺陷尺寸提供了理论依据。     

缺陷尺寸对红外热波技术缺陷深度测量的影响研究

缺陷深度测量是脉冲红外热波技术定量测量的一个重要应用,常用的几种测厚方法都是基于一维热传导模型。而实际测厚都是针对有限缺陷尺寸,因而三维热扩散会对深度测量产生一定影响。文中以表面阳极化处理后的铝和玻璃钢材料为例,采用脉冲红外热波技术作为实验方案。提取所获得的热图序列不同缺陷宽度位置处热波降温数据,利用这些数据近似模拟不同深度缺陷在相同缺陷尺寸时受到不同程度的三维热扩散影响。通过研究一维热传导理论模型分析了3种常用方法的测厚原理,并建立了测厚特征时间与缺陷深度平方线性关系。结果表明:缺陷尺寸对各线性关系的斜率和截距均有影响,且热扩散系数较小材料的斜率明显大于热扩散系数较大材料。     

线状烧蚀光源作用时瑞利表面波的指向性研究

针对线状激光光斑烧蚀工件表面的情况,利用理论分析和实验验证的方法研究了激光超声瑞利表面波的指向性。基于激光超声的烧蚀机理,将激光的烧蚀作用等效于法向应力,研究了线状垂直力源作用下远场质点的位移,提出了瑞利表面波的指向性公式。搭建了一套激光超声瑞利表面波激发与接收的系统,对获得的信号进行了幅频特性分析,以便验证信号中心频率与换能器中心频率的对应性。利用信号的峰峰值获得瑞利表面波指向性数据的实验值,并对指向性公式进行了验证。结果表明,该指向性公式对于瑞利表面波检测具有一定的参考价值。     

基于KPCA和LSSVM的表面缺陷深度识别

为了实现铝板表面缺陷智能识别分类,解决支持向量机在识别过程中准确率不高的问题,对核主成分分析(Kernel Principal Component Analysis,KPCA)和最小二乘支持向量机(Least Square Support Vector Ma-chine,LSSVM)在缺陷深度识别分类的应用进行了研究....     

用于探测激光等离子体冲击波的光纤传感器

利用探测光束通过轴对称流场时的偏折效应,设计了一种光纤传感器,并用于探测激光对材料破坏过程中在空气中激发的等离子体冲击波,获得了探测位置处激光等离子体冲击波流场折射率随时间的变化率.该方法适用于轴对称流场的瞬态测试,具有宽带和非接触的特点.     

基于小波分解表面波的涂层平板表面缺陷检测方法研究

激光照射在涂层平板表面产生的超声表面波传播时会产生色散现象,该现象会影响表面缺陷检测精度.针对表面波的色散问题,采用有限元仿真分析表面波在涂层平板表面的传播规律,利用Morse小波分解多频表面波信号,提取最大幅值单一频率的缺陷时域信号从而确定表面缺陷位置.在此基础上通过扫描缺陷附近检测点的方式,分析缺陷前沿入射波和缺陷...     

A normal mode theory for the Rayleigh wave amplifier

A Rayleigh acoustic wave traveling on the surface of a semi-infinite piezoelectric medium may be amplified by interaction with drifting carriers in an adjacent semiconductor. The gain and frequency response of this interaction is determined here by using a normal mode expansion of the Rayleigh wave piezoelectric fields. The configuration which uses a thin semiconductor film supported by a semi-infinite dielectric and separated from the piezoelectric by a small air gap is described in detail and the results are expressed in a form that clearly shows the effect of piezoelectric, air gap, and semiconductor parameters. Comparisons with experimental data for the lithium niobate-silicon film configuration show that acoustic gains on the order of 100 dB/cm can be obtained in the frequency range above 0.1 GHz.     

Patterning approach for detecting defect in device manufacturing

Compact handheld devices which were a dream in the past are now a reality; this has been enabled by miniaturization of circuit architectures including power devices. Scaling down of the design feature sizes does come with a price with an increase in systematic defects during chip manufacturing. There are generally two methods of inline defect detection adopted to monitor the semiconductor device fabrication—optical inspection and electron beam inspection. The optical inspection uses ultra-violet and deep ultra-violet (UV/DUV) light to find patterning defects on the wafer. While the electron-beam inspection uses electron charge and discharge measurement to find electrical connection defects, both are a costly procedure in terms of resources and time. The physical limit of feature resolution of the optical source is now making the defect inspection job difficult in miniaturized application specific integrated circuit (ASIC). This study is designed to test the patterning optimization approach on both inspection platforms. Using hotspot analysis weak locations are identified in the full chip design, and then they are verified in the inline wafer inspection. The criterion for hot-spot determination is also discussed in this paper.     

基于表面波增强效应的圆柱表面缺陷检测方法研究

激光照射金属圆柱表面激发出的声表面波,在沿圆柱表面传播过程中产生色散和相移,并在表面缺陷前沿处幅值会有显著增强的现象,为表面缺陷的检测提供了新途径。基于激光激发的声表面波这一现象,提出通过扫描检测点的方法确定缺陷的位置,给出了表面波在表面缺陷附近的传播路径和缺陷深度计算公式。数值研究表明:(1)相对于脉冲回波法,扫查检测点方法提高了缺陷检测的位置精度,有效减小了圆柱表面波传播过程的色散和频移现象对缺陷位置精度的影响。(2)当缺陷深度范围为1~2 mm,通过给出的缺陷深度计算公式得到仿真缺陷深度与实际缺陷深度之间的误差控制在6 %以内,验证了提出的缺陷深度计算公式的有效性。以上研究结果为应用表面波检测圆柱类零件表面缺陷提供了有价值的参考。     

基于小波变换的瑞利波信号去噪探析

针对利用瑞利波对目标进行探测问题,提出了采用小波变换对瑞利波信号进行去噪的方法。通过基于MATLAB信号去噪的仿真试验,验证了小波变换降噪方法相对于传统方法的优越性。实验分析结果表明：该方法对背景噪声有较好的抑制作用,提取线谱信号的能力和精度优于FFT分析方法,滤波器方法性能提高了约13至17dB,有利于瑞利波特征线谱的提取。