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江蘇磁能探傷機(jī)有限公司
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激光超聲技術(shù)的介紹 |
| 氣體中光激超聲波產(chǎn)生機(jī)理
在氣體中由激光激發(fā)超聲波主要有以下三種方法：由氣體吸收光能后通過無輻射弛豫過程產(chǎn)生超聲波;在氣體中發(fā)生光擊穿中產(chǎn)生;由一固體表面吸收光能后產(chǎn)生一熱流流入相鄰的氣體而激發(fā)產(chǎn)生[1].應(yīng)用上述方法在常溫常壓下就可在氣體中激發(fā)出頻率高達(dá)幾十兆赫的超聲波，并且是非接觸的，不但能在惡劣環(huán)境下應(yīng)用，而且可用于瞬變情況下的實(shí)時監(jiān)測.
利用固體吸收光能在氣體中激發(fā)超聲，并用激光束偏轉(zhuǎn)來檢測超聲波的裝置.應(yīng)用該裝置可進(jìn)行氣體中聲速和聲衰減的檢測.被測氣體裝在溫度可以控制的石英腔內(nèi)，一束脈沖激光直接射到腔內(nèi)的一塊拋光硅片上.激光能量應(yīng)控制在不損壞硅片表面為宜，投射到硅片表面的光斑直徑遠(yuǎn)大于所研究的氣體的聲波波長，忽略聲脈沖的衍射效應(yīng).光激發(fā)的聲脈沖由一束平行于硅片表面的聚焦激光束來檢測.光激超聲在氣體內(nèi)傳播x距離后到達(dá)檢測光束的焦點(diǎn)，并使它發(fā)生瞬時偏轉(zhuǎn).用一個放在檢測光束強(qiáng)度分布相應(yīng)于輸出信號最大位置上的光電二極管來檢測這個偏轉(zhuǎn)信號，偏轉(zhuǎn)信號放大后進(jìn)入微機(jī)進(jìn)行快速傅里葉(FFT)變換.這樣，由聲脈沖相對于激光脈沖的延遲時間t及距離x(由測微計(jì)測量和調(diào)節(jié))之間的線性關(guān)系，由直線的斜率就可求得在平均頻率上的聲速.
聲學(xué)方法是研究物質(zhì)特性的基本方法之一，在許多領(lǐng)域已獲得成功應(yīng)用.常規(guī)的超聲檢測中，超聲脈沖是由和試樣直接耦合的壓電或壓磁換能器產(chǎn)生的.由于換能器本身帶寬的限制及換能器與試樣之間的耦合等因素影響，無法產(chǎn)生很窄的單個超聲脈沖.激光超聲技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的產(chǎn)生聲波的一種新技術(shù)，即用強(qiáng)度調(diào)制的激光束射入閉合的介質(zhì)空間時可產(chǎn)生聲波.利用激光脈沖來激發(fā)超聲脈沖，不僅是非接觸的，而且可以重復(fù)產(chǎn)生很窄的超聲脈沖，在時間和空間都具有極高的分辨率.還可以在不同形狀的試樣中激發(fā)超聲，可以在高溫、高壓、有毒、放射性等各種惡劣環(huán)境下進(jìn)行超聲檢測.適合于超薄材料的檢測和物質(zhì)微結(jié)構(gòu)的研究，因此激光超聲技術(shù)以其優(yōu)異特性而得到迅速發(fā)展并被關(guān)注.
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