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研究生实验报告

实验名称激光超声无损检测
姓名周英杰学号 2013210421 班级机研13
课程现代传感与检测技术指导教师王伟实验地点综603
实验项目编号实验类型(基本操作□验证□综合□设计□)
实验日期 2014 年 6 月 18 日 9 时 0分~ 11 时 00 分
同组同学梁天太杨光
机械工程学院制 2014年1月

一、实验目的
1. 掌握激光超声无损检测的基本原理;
2. 掌握数据采集方法及数字滤波方法。
二、实验原理
激光产生超声波原理
激光超声的产生机理主要分为热弹性激励、烧蚀激励两种。
热弹机制
当激光脉冲照射到不透明固体表面上时,它的能量一部分被反射,令一部分被吸收,并转化为热能。当入射激光功率小于材料表面的损伤值(金属材料一般为107W/cm2),不会使材料发生熔化和烧蚀,材料表层吸收了入射激光的能量导致局部产生几十到几百度的温升。引起热膨胀而产生表面的切向应力,见图1。由于固体浅表层的局部温度升高并没有导致材料任何相变,所以热弹激发效应有严格无损的特点,且能产生各种波形,目前使用最为广泛。
图1 热弹性机制示意图图图2 烧蚀性机制示意图
烧蚀机制
当入射激光的功率密度大于107W/cm2,材料表面汽化同时对样品产生一法向力,从而激发超声波,称为烧蚀激发机理,见图2。对于金属,当入射激光脉冲功率密度大于107W/cm2时,材料表面温度急剧升高,当温度超过材料的熔点时,就会在表面产生几微米深的烧蚀,部分原子脱离金属表面,在材料表面形成等离子体。这一过程会产生一个很强的垂直于材料表面的反作用力脉冲,相当于给试件表面施加一个单位法向力,从而激发出幅值较大的超声波信号。这种机制的超声激发效率比热弹机制高4个数量级,可以获得大幅度超声纵波、横波和表面波。 um的损伤,所以烧蚀机制仅应用于某些特殊场合。
超声波的激光检测技术
双波混合干涉技术。双波混合干涉检测是将样品表面反射的信号光束与参考光束在非线性光学晶体中相干涉,从而形成动态光栅,再让参考光束通过这光栅形成波前“畸变”的参考光束,它与
“畸变”的信号光束在相互干涉,达到检测样品表面的目,见图3。
图3 双波混合干涉技术原理
三、实验设备/仪器/材料/方法
脉冲激光器一个、AIR-1550-TWM激光超声检测系统、光学平台、二维工作台、虎钳、实验试件、激光防护眼镜等。
四、实验步骤
将试样放置在探头前面约45mm处位置,
设置示波器DC通道直流耦合、50欧,幅度刻度50mV/div;AC通道,直流耦合、50欧,幅度刻度10mV/div