激光激发源对声表面波的影响

利用激光激发声表面波及光差分技术研究激光源对声表面波的影响。实验中利用了Nd∶YAG脉冲激光器激发超声,采用632nm的He-Ne激光器基于光束偏转法的光差分检测系统,测量了铝样品表面的声表面波,获得了很好的信号。在此基础上研究了激发源的形状和能量对激发的声表面波幅度的影响。同时从热弹和融蚀机制下讨论激光声表面波的产生。在这两种机制下,声表面波的幅度发生了很大的变化。随着激光能量密度的增加,声表面波的幅度由线性变化转换为非线性变化。这一结果对激光激发声表面波理论研究有一定的指导意义。     

光声方法测量粘弹介质声衰减的研究

衰减是材料的一项重要参数,测量衰减将有助于评估材料的空隙率、微观裂纹分布、颗粒尺度、材料强度及软体组织结构等。该文利用光声手段对介质的表面波衰减进行了测量研究。由激光激发表面波,换能器检测。对连续采样所获得的表面波信号进行加窗、滤波、FFT处理及相干分析,得出介质衰减与频率的关系。实验结果表明,利用光声手段及表面波方法是对固体材料衰减测量的有效手段之一。     

激光阵列用于改善声表面波信噪比的数值研究

为了改善激光超声检测中声表面波的信噪比,利用对激光线源进行时间和空间上的调制获得激光阵列作为激励源辐照铝板表面,采用有限元法分别模拟了大位移幅值声表面波(巨声表面波)的激发以及巨声表面波与铝板表面矩形缺陷相互作用的过程。结果表明,激光阵列经过时间调制后辐照铝材料上激发出的声表面波,其垂直于表面方向的位移幅值与阵列中线源个数成线性比例;且巨声表面波与表面缺陷作用后所产生的反射回波的位移幅值也随着线源个数的增多得到明显增大。模拟结果对在激光超声检测中应用激光阵列提高声表面波的信噪比提供了理论依据。     

Young’s modulus determination of low-k porous films by improved wide-band LG/LD SAW*

低介电常数介质互连系统是发展高速超大规模集成电路的瓶颈之一。为了更加准确的表征超薄、柔软、易碎的低介电常数多孔介质薄膜的杨氏模量,提出了一种改进的宽带激光激发、激光检测的声表面波(LG/LD SAW)技术。该技术基于光束微偏转敏感检测原理。采用新型的差分共焦检测配置,该技术拓展了常规激光声表面波技术的工作带宽,从而减弱了硬质衬底材料对检测声表面信号的影响,获得了被测超薄多孔低介电常数介质薄膜更为丰富的信息。因此,采用此技术获得的杨氏模量的测量结果更加精确。阐述了该技术的检测原理。并采用该技术测试了Si (100) 上的多孔二氧化硅薄膜。在常规激光声表面波技术的工作频段和该技术获得的高频段对实验获得的色散曲线与理论计算的色散曲线进行了拟合。对比这两个频段内的拟合结果表明,该技术极大提高了薄膜杨氏模量的测量精度,且适用于多孔低介电常数介质薄膜的杨氏模量测量。     

激光声表面波检测材料表面微缺陷数值研究

采用平面应变的有限元模型数值模拟了激光线源辐照铝板表面激发出的声表面波的时域波形,比较了不同接收位置得到的位移信号的模式组成;同时研究了激光线源辐照区域近场存在表面微缺陷时产生的时域波形。数值结果说明：当激光源靠近表面微缺陷时激发出的声表面波模式中掠面纵波与瑞利波的位移信号均由典型的单极性迅速转变为显著的双极性特征,且瑞利波的峰-峰值将增加两倍左右,位移信号强度的显著变化为利用扫描激光检测材料表面微缺陷提供了理论依据。     

线状烧蚀光源作用时瑞利表面波的指向性研究

针对线状激光光斑烧蚀工件表面的情况,利用理论分析和实验验证的方法研究了激光超声瑞利表面波的指向性。基于激光超声的烧蚀机理,将激光的烧蚀作用等效于法向应力,研究了线状垂直力源作用下远场质点的位移,提出了瑞利表面波的指向性公式。搭建了一套激光超声瑞利表面波激发与接收的系统,对获得的信号进行了幅频特性分析,以便验证信号中心频率与换能器中心频率的对应性。利用信号的峰峰值获得瑞利表面波指向性数据的实验值,并对指向性公式进行了验证。结果表明,该指向性公式对于瑞利表面波检测具有一定的参考价值。     

基于光热调制检测发动机叶片疲劳裂纹的激光声表面波方法

提出了基于光热调制的激光声表面波检测疲劳裂纹的实验系统和方法,并将其用于发动机叶片疲劳裂纹的检测。Nd∶YAG激光器产生的激光通过凸透镜聚焦在样品表面,同时用半导体激光在激发点同一位置进行光热调制,利用干涉仪在另一位置探测声表面波信号。利用精密平移台在可能的裂纹区扫描激发源和加热源,获得打开光热调制和关闭光热调制时的声表面波信号,也即不同位置处样品加热和冷却时的信号Sheat和Scool,由于光热调制产生的压应力使裂纹闭合,使Sheat产生明显的峰值变化,因此差值信号ΔS=Sheat-Scool即为疲劳裂纹闭合引起的信号变化。对叶片表面裂纹检测的实验结果表明,该方法具有较高的检测灵敏度和可靠性。     

激光激发横波作用垂直裂纹侧面后的模式转换

为了研究激光激发横波与材料表面垂直裂纹侧面作用所发生模式转换现象,采用有限元法模拟了激光水平激发、垂直侧面接收的声传播及模式转换,并进行了相应的实验验证。分析激光激发超声波传播至垂直侧面时,侧面接收点在不同深度接收位移信号的变化情况。结果表明,当侧面接收点处于临界角对应深度以内时,出现激光激发表面波在拐角次生源处产生的表面波信号;而当侧面接收点处于临界角以外时,在此信号之前出现了经由激光激发横波作用垂直裂纹侧面所产生的模式转换,并形成新的表面波;且对于固定的激发位置,随着接收点位置下移,两种信号之间的到达时差逐渐增大。该结果可促进激光超声对垂直裂纹的检测研究。     

涂层-基底系统激光激发表面波的时间-频率分析

基于Wigner-Ville分布的时间频率分析方法,对用有限元方法得到涂层-基底系统中的模拟激光超声信号进行分析,得到了在该系统中激光激发的瞬态表面波形的模态和能量分布的特征。只需利用单次测量波形,通过群延迟时间估计,得到涂层-基底系统中表面波的群速度分布。时间-频率方法计算群速度只要单个位移时间波形,相比传统群速度的计算和测量比较简单。     

基于EMD的激光声表面波仿真分析

激光超声凭借其具有非接触、信号的信噪比高、灵敏度高、频带宽等特点,在材料的检测方面有着独特优势。本文利用有限元软件针对激光激励声表面波过程进行了数值模拟,得到了声表面波的传播特性;对实际检测信号进行了EMD去噪,得到了去噪后的重构信号,将去噪后的信号同仿真信号对比。结果证明激光超声激发的声表面波主要沿着材料表层向四周发散,其在远场区域会有小幅度的衰减,并且经过EMD去噪后的信号具有和仿真信号相同的特征,对今后激光超声的实验具有重要的参考价值。     

Design of New SAW DQPSK Matched Filter

A new surface acoustic Wave differential quadraphase shift key（SAW DQPSK） spread spectrum （SS） signal matched filter based on the fusion of SS and differential modulation is reported. The design of multi-phase coded SAW matched filter is proposed rather than another design of SAW DQPSK filter, which can cut in a half of the delay time of SAW DQPSK matched filter and SAW fixed delay line（FDL） used for differential demodulation. This breakthrough is made the system largely reduce a size and process much easily. This method can also be feasible in other SAW MPSK matched filter design especially when the modulation phase number is larger than 4. The design example and its experimental results are given.     

声表面波标签的振幅检测方法与阅读器设计

声表面波标签是纯无源反射式标签,回波信号非常微弱,噪声是限制阅读器检测性能的决定性因素。根据标签回波信号的特点,结合回波信号的判决条件,给出了常振幅下声表面波标签回波信号的检测系统结构。通过对检测概率的分析,得出在大信噪比条件下,信号加噪声的相位主要集中在信号的相位值附近。在理论分析的基础上,设计了振幅检测型的标签阅读器。在实际测试中,振幅检测方法在3m的检测距离内能够有效检测阅读范围内的声表面波标签,验证了该方法只适用于信噪比较大的情况。     

基于功率检波技术的声表面波标签识别方法

声表面波射频识别系统应用前景广阔,选择结构简单、解码可靠的声表面波标签识别方法十分重要。分析比较了基于IQ解调和功率检波两种不同技术的声表面波标签识别方法,基于功率检波技术的识别方法更具优势。设计制作了基于功率检波技术的阅读器,在测试了阅读器关键元件对数功率检波器静态性能和动态性能的基础上,结合声表面波标签进一步验证了阅读器识别标签编码的能力。实验结果表明,采用功率检波技术可以实现声表面波标签编码的准确识别,且阅读器电路结构更简单,成本更低。     

声表面波免疫传感器高频检测系统设计

声表面波（SAW）免疫传感器是一种新型生物传感器,该文设计并实现了一个高频的SAW免疫传感器检测系统。该系统利用锁相环控制输出信号频率对输入信号频率跟踪锁定,通过测量频率变化量即能完成对免疫传感器的检测,通过液晶屏显示结果。测试结果表明,该检测系统能准确测量频率156~162 MHz内的传感信号,系统的最大测量误差仅0.85%,满足SAW免疫传感器高频检测领域的工程实际需要。     

基于MATLAB的声表面波标签数据采集与处理

利用Matlab控制数字示波器,实现声表面波-射频识别(SAW-RFID)系统数据采集的功能,以获取示波器采集的标签编码回波信号。上位机在Matlab上进行了显示界面的设计,利用最大相关法对采集的回波信号作算法解调处理,最终完成了声表面波射频识别系统的搭建。     

SAW DQPSK融合信号产生与处理算法研究

建立了一种新的DQPSK扩频调制解扩解调融合设计算法，并通过声表面波（SAW）匹配滤波器与声表面波延迟线解扩解调器实现了基于这种融合设计的DQPSK扩频调制器和相应的解扩解调器，为系统数据恢复、时钟提取、载波恢复以及系统的跳频同步提供了实时高信噪比信号，最后给出了验证系统的实验结果。     

声表面波射频识别系统的FMCW信号源设计

频率调制连续波(FMCW)的产生(即FMCW信号源)是声表面波射频识别系统频域采样阅读器的重要组成部分。为了满足扫频速度、带宽和线性度等要求,采用直接数字频率合成器(DDS)与锁相环(PLL)混频,并结合IQ调制的方式设计了超高频FMCW信号源。实际制作了信号源电路,DDS芯片输出I、Q两路正交信号,并分别以差分形式传输至IQ调制芯片进行上变频。测试了DDS输出信号的差分、正交特性,分别对信号源产生的单频信号和扫频信号进行了测试。最后搭建系统对声表面波标签进行测试。测试结果表明信号源设计的有效性。     

声表面波谐振器回波信号的频率估计

声表面波(SAW)谐振器测量技术能在高温、高压、强电磁辐射和强电磁干扰等恶劣环境下,实现无线无源的参数检测。针对声表面波谐振器回波信号的非平稳特点,该文提出一种回波信号的频率测量方法“数字频率有效位数跟进法”(DFSPT)。仿真结果表明,该方法与现有的基于傅里叶变换法(FFT)和奇异值分解法(SVD)的方法相比,其能根据信噪比的不同,自行确定数字频率有效数字的位数,提高了频率估计的精度和稳定性。无线SAW温度传感器实验表明,该方法的频率估计标准差小,鲁棒性高。     

基于SAW的电缆接头内部测温天线研究

由于声表面波(SAW)测温技术因具有无源无线的特点而备受研究人员的广泛关注。该技术可应用在电缆接头内部的温度测量中,但因受电缆接头材料和结构的影响,使SAW测温信号传递受阻,严重影响了温度信号的检测。该文基于DWG-630A型电缆接头的结构和材料,设计了一款可用于电缆接头内部测温的天线。通过其理论分析、仿真及试验验证,证明该设计切实可行。结果表明,穿过电缆接头可传递SAW温度信号,并在工作频段内具有良好的增益和辐射效果。