纳秒激光超声测试系统设计及其应用毕业论文--132034904

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1、目录1引言31.1本文的研究的意义31.2国内外研究现状32激光超声理论32.1激光超声概述32.2激光器及产生超声机理32.2.1热弹机制32.2.2烧蚀激发机理33激光测振技术的理论基础33.1几种测振方法33.1.1全息干涉法测量技术33.1.2散斑法测量技术33.1.3激光三角法33.1.4激光多普勒技术33.2小结34激光多普勒测量叶片振动频率34.1多普勒频移效应34.2确定测量叶片振动的方法34.2.1激光干涉法测量叶片振动位移34.2.2激光多普勒测量叶片振动（频率混叠法）34.2.3激光多普勒测量叶片振动（直接测量法）34.3方案选取34.4器件的选择34.4

2、.1激光器34.4.2光电探测器34.4.3F-P腔34.5激光多普勒叶片振动频率实验数据3第Ⅱ页共Ⅱ页5激光超声技术在无损检测领域的具体应用及存在的问题35.1应用概况35.1.1高精度的无损检测35.1.2恶劣环境下的材料特性测量35.1.3材料特性的检测35.1.4薄膜、复合材料检测，以及材料高温特性等的研究35.1.5快速超声扫描成像35.2存在的问题35.2.1光声能量转换效率低的问题35.2.2激光超声信号检测灵敏度问题35.3小结3参考文献3致谢3第Ⅱ页共Ⅱ页第Ⅱ页共Ⅱ页1引言1.1本文的研究的意义激光技术出现于19世纪60年代，具有高亮度、单色性强和相干性好等优

3、点，在很多领域得到了广泛的应用，与其他学科的互相渗透也越来越广，带动其它学科焕发了新的活力，激光超声技术就是在这种条件下产生的一项新技术。激光超声学是利用激光来产生和检测超声,并开展超声传播研究和材料特性无损评估的新兴交叉学科。与传统的压电换能器技术相比,激光超声最主要的优点是非接触检测,它消除了压电换能器技术中的耦合剂的影响,可用于各种较复杂形貌试样的特性检测,加上它又是一种宽带的检测技术,并能用光波波长为测量标准而精确测量超声位移,所以是一种极有应用前景的新的无损检测技术。[1]振动是外力作用在弹性体后产生周期运动的一种自然现象，振动的研究与测试在工程应用和科学测量中占有非

4、常重要的地位。当代工程中各种机械系统，如大型发电设备，重型机械，汽车，船舶，航空航天设备等，都不断向着高速度、高精度、高准确度方向发展。由于振动载荷加快了机械设备的失效，降低机器设备的使用寿命甚至导致损坏酿成事故，并且振动产生的噪音会污染环境危害健康，因此如何测量振动并采取措施降低成为当前理论研究的热点。目前对振动的测量可以分为两种方式：接触式和非接触式。接触式测量方法是指将传感器（粘贴、螺纹连接等方式）在被测物体表面从而完成测量，但是由于各种因素使得这种测量方法在许多场合无法使用，例如，在对音响扬声器膜片的振动、高温物体的振动以及高速旋转光盘的跳动等的测量中。此外，接触式测量

5、方法的附加质量也会改变实际结构的振动行为，使得测量结果失真。[2]目前，几种常用的非接触测量方法都是基于激光技术的。现代测试技术越来越注重测量结果的精度、效率等，非接触测量方法高精度、高效率等特点决定了它在未来的测试技术里面不可取代的地位。本文主要探讨纳秒激光测振系统的组成，并实现由纳秒脉冲激光激发特定材料的样品（比如铝板或PMMA板）的超声振动，并由探测激光测出超声振动的频率和强度分布。1.2国内外研究现状近20第42页共37页年来，激光测振技术发展很快。目前激光干涉技术已经成为加速度计量的最基本溯源手段之一，激光测振仪、激光全息干涉测振仪、电子散斑干涉测量仪、电子散斑剪切干

6、涉测量仪、激光风速仪等各类仪器的性能不断提高，广泛地应用于科学实验室和工程测量。自1960年以来,激光多普勒技术由于在测量中具有高的空间和时间分辨率,不接触测量物体,不扰动测量对象,能测量原有测速技术难以测量的对象而引人注目。1964年,YEH和CUMMIUS发表了第1篇关于激光多普勒技术测速的论文后,此项技术立即受到各方面的重视并进行了大量的理论分析和试验研究,取得了显著的成果。70年代后,国外厂商已经开始向市场提供比较完备的产品并在不断更新。激光多普勒测振技术现在成为科学技术及许多行业中不可少的检测方法,己经从流体和固体的速度测量发展到了振动测量领域。[3]检测激光超声的技

7、术有常用的方法有如下几种。第一种是压电换能器（PZT）检测法。这是比较经典的方法，灵敏度比较高，其响应频率也比较宽，多在实验室用。常用的换能器有电磁、电容、压电陶瓷换能器、电磁声换能器和电容声换能器。第二种是光学检测器。这是利用连续检测激光照射到样品表面，接收表面的反射光，并从反射光的相位、振幅、频率等的变化中得出光激超声信号的方法。1激光超声理论1.1激光超声概述激光超声是指用脉冲激光在物体中产生的超声波，或利用脉冲激光来产生超声波这—物理过程。作为超声学新近发展起来的一个分支，激光超声学