本文關鍵詞：基于光聲機理的激光超聲關鍵技術研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲檢測技術在醫(yī)療和工業(yè)領域中的應用越來越廣泛。隨著工業(yè)技術發(fā)展,在實際應用中對檢測技術的精度、有效性以及可靠性等方面提出了越來越高的要求。激光超聲無損檢測技術作為超聲無損檢測領域的一種新技術手段,具有高精度、高靈敏度、高分辨率、無死區(qū)的優(yōu)勢,并且可以實現(xiàn)非接觸式檢測。然而,由于目前激光超聲無損檢測技術具有光聲能量轉換效率低的缺點,在實際應用中為獲得理想幅值的超聲信號需要使用高功率密度激光,這通常會對檢測對象造成損壞。因此對光聲能量轉換效率的改進技術成為近年來激光超聲領域的研究熱點之一。本文以激光超聲技術為基礎,建立了接觸式激光激發(fā)超聲波的模型,系統(tǒng)地分析了激光特性與檢測對象特性對超聲產(chǎn)生的影響,設計了一種基于約束能量吸收層方式的接觸式激光激發(fā)超聲波的結構,旨在提高光聲能量的轉換效率,在不損壞檢測對象的前提下獲得理想幅值的超聲信號,并推導了這種結構相比直接在物體表面激發(fā)超聲波的光聲能量轉換效率的提高倍數(shù)。在建立的激光超聲模型的基礎上,利用ANSYS軟件對不同結構的激光激發(fā)超聲過程進行仿真,同時采用實驗室具備的激光器進行實驗驗證,并通過實驗數(shù)據(jù)對比確定最有效的激發(fā)結構。接著,論文深入研究了激發(fā)結構中各部分材料、幾何尺寸以及工工藝對激發(fā)超生的影響,設計了收發(fā)一體式后向接收的激光超聲探頭。最后,設計了相應的實驗對激光超聲探頭的性能進行了全面、直觀的驗證。實驗結果表明:與激光直接在物體表面激發(fā)超聲波相比該激光超聲探頭擁有更高的幅值;與傳統(tǒng)壓電超聲相比激光超聲探頭有更高的頻帶,因此具有更高的檢測靈敏度、分辨力、精度。本文在提高光聲轉換效率方面展開了深入的研究,并據(jù)此設計了高效率的收發(fā)一體式后向接收激光超聲探頭,為后續(xù)的掃查式檢測與成像提供了理論與技術基礎。
【關鍵詞】：激光超聲 無損檢測技術 光聲轉換效率 后向式激光超聲探頭
【學位授予單位】：南京航空航天大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB302.5
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 論文研究意義11
• 1.2 論文研究背景11-13
• 1.3 激光超聲技術理論研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 激光超聲檢測技術的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 論文研究安排15-17
• 第二章 激光激發(fā)超聲波的理論基礎17-32
• 2.1 激光能量吸收特性分析17-20
• 2.2 基于激光能量吸收的物體表面溫度場分析20-26
• 2.2.1 金屬物體表面溫度場分析20-25
• 2.2.2 非金屬物體表面溫度場分析25-26
• 2.3 激光照射物體表面后發(fā)生的物理現(xiàn)象26-31
• 2.3.1 熱彈效應26
• 2.3.2 輻射壓效應26-27
• 2.3.3 表面熔化效應27
• 2.3.4 燒蝕、蒸發(fā)、等離子形態(tài)效應27-29
• 2.3.5 在氣體與液體中激發(fā)超聲波29-30
• 2.3.6 外界溫度改變對激光超聲的影響30-31
• 2.4 本章小結31-32
• 第三章 基于表面約束的激光超聲仿真與實驗32-52
• 3.1 激光超聲建模32-35
• 3.1.1 激光超聲 1D模型32-33
• 3.1.2 激光超聲 3D模型33-35
• 3.2 激光器參數(shù)分析35-37
• 3.2.1 激光波長35-36
• 3.2.2 脈沖能量36
• 3.2.3 輻照區(qū)域與光束能量分布36
• 3.2.4 脈沖寬度與脈沖重復率36-37
• 3.3 激光激發(fā)超聲縱波的仿真與實驗分析37-51
• 3.3.1 激光超聲仿真背景與實驗系統(tǒng)介紹37-38
• 3.3.2 樣件自由表面激發(fā)超聲的仿真與實驗38-43
• 3.3.3 基于能量吸收層覆蓋的激發(fā)結構實驗43-44
• 3.3.4 基于透明固體與液體約束層的激發(fā)結構實驗44-45
• 3.3.5 基于約束液體層的激發(fā)結構仿真與實驗45-46
• 3.3.6 基于約束金屬薄膜層的激發(fā)結構仿真與實驗46-51
• 3.4 本章小結51-52
• 第四章 一體式后向接收激光超聲探頭設計52-61
• 4.1 兩種激光超聲探測模式對比分析52-53
• 4.2 一體式后向接收激光超聲探頭設計53-55
• 4.2.1 激光入射能量吸收層的角度54
• 4.2.2 石英塊幾何尺寸確定54-55
• 4.2.3 光纖與透鏡55
• 4.2.4 光纖與透鏡55
• 4.3 激光超聲的接收方法55-56
• 4.4 能量吸收層56-58
• 4.4.1 金屬膜層選擇56-57
• 4.4.2 金屬膜層加工方案設計57-58
• 4.4.3 約束液體層功能分析58
• 4.5 一體式后向接收激光超聲探頭模擬實驗分析58-59
• 4.6 本章小結59-61
• 第五章總結與展望61-63
• 5.1 總結61
• 5.2 展望61-63
• 參考文獻63-66
• 致謝66-67
• 在學期間的研究成果及學術論文情況67

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