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激光超声检测技术国内外研究现状

时间:2017-06-06 23:09来源:毕业论文
十九世纪,Bell发现了光声现象。即固体、液体或气体在受到强光辐照时,吸收光能,体积膨胀:如果光强受到调制,即由物质的伸缩而产生声波[6]。另外,样品同时还有热效应,一般合称

十九世纪,Bell发现了光声现象。即固体、液体或气体在受到强光辐照时,吸收光能,体积膨胀:如果光强受到调制,即由物质的伸缩而产生声波[6]。另外,样品同时还有热效应,一般合称为光声光热效应。上世纪六十年代激光被发明,并很快引入光声领域,最早是white和Askayan于1963年各自提出了用脉冲激光在固体和液体中激发超声的方法。接着Ramsden、Bunkin和Stegman观察到强激光在固体中产生的爆炸波和在大气中产生的点火或燃烧波,都会随距离和时间的增加衰变为声波[7]。自此以后激光激发应力脉冲(声脉冲)的研究就不断的发展起来,在三种媒质中的激发研究均有很大进展。9768
 在1962、1963年,White演示了固体靶由于吸收激光、微波、电子束等辐射脉冲而产生弹性波的实验,也提出了由瞬态表面热化而产生弹性波的一维理论。不久又演示了用红宝石激光器激发,用梳状换能器接收声表面波的实验。追溯起来,这就是激光超声技术的开始。
1976年Bondarenko等首先将激光超声技术应用于材料实验,用调Q红宝石激光器激发,用带宽为5 kHz至150 MHz,位移灵敏度为10-9 m的干涉仪检测由有两层抛光的不锈钢板钳在一起的人工缺陷。1980年Calder等用Nd:Glass激光器激发,检测来自制作在25 mm厚的铝板中心的人工圆柱缺陷的散射波。Wellman等用能量为1 J的红宝石激光器激发,用干涉仪检测,分辨出两个直径为2 mm的平行的人工钻孔缺陷。后来Hutehins和Nedeou等用Nd:YAG激光器,E0<0.8 J和带宽为40 MHz,灵敏度为1 nm和具有低频稳定系统的干涉仪进行表面缺陷的检测[8]。 源`自*六)维[论*文'网www.lwfree.cn
20世纪80年代初期,英国人C.B.cruby从事激光超声检测技术产生机理的研究,由于对环境条件要求很高,无法实现工业化的应用。到20世纪80年代中期加拿大人J.P.Monchalin[9]建成了球面共焦Fabbry —Perot干涉仪,首次实现了在1 m远处对未抛光的钢板进行激光超声的检测实验,这标志着超声技术向实用化迈出一大步。Bourkoff等采用脉宽为6 ns,能量约为10-21 µJ的染料激光器激发超声,是使用低能量激光激发超声的开始。20世纪90年代中期,Y.dagata 、J.huang、J.D.Achenbach和Krishnswamy等人进行了一系列的理论和应用研究工作,发表了一系列的论文。
    与激光超声技术应用相平行的研究是激光超声激发机制、模式和方法等。1979年Ledbetter等最先检测到一次激发同时产生的纵、横波和声表面波。只是激光的E=0.3-1J,检测时样品表面有损。值得提出的是1980、1982年Scruby[、Dewhurst[10]等人对激光在金属中产生超声波作了定量的测量,并用面内正交力偶模型解释了热弹条件下的激发现象,用垂直力模型解释了融蚀条件下的激发现象,为激光超声的应用技术打下了基础。
激光超声技术,用脉冲激光照射固体表面激励超声波,并用光学方法接收超声波,是目前无损检测新技术以及材料特性评价研究领域中的热门课题之一。由于实验条件复杂,涉及学科多,自上世纪六十年代至今,这方面的工作一直没有停息过,八九十年代更是发展了很多理论,但还没形成很成熟的理论。在实验检测方面,传统的换能器越来越多的被光学方法所代替,包括干涉法和光束偏转法等。随着光学技术的不断提高,这方面的研究也在飞速发展。
此外,激光超声检测和材料科学相结合,对新材料进行物性评价,进一步对复合材料、高温材料、薄膜材料和非金属材料的研究也是今后的发展趋势。从目前的发展趋势来看,激光超声将向两个方向发展:一是超快速激发机制及与微观粒子相互作用和微观特性等理论研究;二是工业上的在线定位、无损检测。虽然从现状来看,激光超声在无损检测领域距大规模的工业应用还有一定距离,但我们相信,随着激光技术的发展,激光超声必将得到更为广泛的应用 激光超声检测技术国内外研究现状:http://www.lwfree.cn/yanjiu/20170606/8586.html
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