激光超声检测技术及其应用

激光超声学是一门激光技术与声学技术相结合的新兴交叉学科，它为新材料和产品质量等的无损评估提供了一种非接触、远程的精确检测技术。本文将对激光超声的产生、检测及其应用作一简要介绍。     

基于空耦换能器的碳纤维增强环氧树脂编织复合材料激光超声检测技术

激光超声技术具有无需耦合剂、快速及高分辨等特点,适用于各向异性碳纤维增强树脂编织复合材料的缺陷检测。运用有限元法分析了激励位置和编织结构对激光点源激发超声波信号的影响,获得了弹性波在材料内部的传播规律以及能量分布特征,并采用1 MHz空气耦合换能器搭建了一套小型化、低成本的非接触激光超声C扫描成像系统,开展了斜纹和缎纹碳纤维增强树脂编织复合材料的近表微结构和内部缺陷检测实验。结果表明,基于空气耦合换能器的激光超声成像可以高精度地再现碳纤维增强树脂编织复合材料的近表树脂囊、碳纤维束形状、取向、尺寸及其内部缺陷等空间分布特征,有望为航空复合材料提供一种原位的微结构表征和缺陷检测方法。      

水利工程中金属焊缝缺陷的超声检测方法比较研究

为研究基于超声的无损探伤方法在水利工程金属结构焊缝缺陷识别中的应用,利用常规超声检测技术、超声相控阵技术、衍射时差法(Time of Flight Diffraction, TOFD)超声检测技术对水利工程金属结构焊接试块缺陷进行识别,分析了各种缺陷在超声无损探伤技术中的特征显示。研究结果表明:常规超声检测技术、TOFD检测技术均能对各种缺陷实现信号显示,超声相控阵检测技术对气孔和横向裂纹的显示不够明显,但对其它缺陷的检出效果较为明显;常规超声检测技术对操作人员的要求较高,对缺陷的定性困难,精度不高;TOFD检测结果中气孔和横向裂纹的显示呈现出一种特殊的弧形,有一定高度的内部裂纹和未熔合的信号由上下尖端衍射波组成,根部未焊透上下尖端信号不够明显;相控阵检测结果直观,可以较精确地测量缺陷的埋藏深度、自身高度、长度等,但在扫查点状缺陷或者与超声声束平行的裂纹缺陷时,检出率极低。     

基于LabVIEW的激光超声管道检测系统

油气管道在日常生活和经济建设中发挥着重要作用,同时也存在着安全隐患,各种油气管道爆炸事件时有发生,给人们的生活和财产带来威胁。为保证油气管道的安全有效运行,应定期对其进行检测。激光超声检测技术相对于传统超声检测技术具有更高的空间分辨率,这一优点使其具有检测油气管道微小缺陷的潜力。该文根据激光超声检测原理,设计基于LabVIEW的激光超声燃气管道检测系统,重点介绍系统中数据采集、运动控制和数据分析模块,解决从激光超声信号的激励到数据采集、信号分析处理和缺陷识别等技术问题,实现油气管道各类缺陷的快速检测的目的。通过对带有周向裂纹管道做检测实验,结果表明:该系统具有良好的检测性能,对解决激光超声测量与诊断问题具有实际意义。     

计量新技术—激光超声

本文介绍了激光激励超声的原理和特性，非接触检测激光超声的方法以及激光超声在计量与检测的应用前景，并报导了作者用Ｑ开关ＹＡＧ激光器在铝、铜和钢中激励的超声脉冲和和压电换能器和外差干涉接收激光脉冲的实验结果。     

金属表面裂纹脉冲压缩增强型激光超声检测方法研究

为了提高激光超声技术检测能力,提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光超声检测方法,并将其用于金属表面裂纹检测。该方法结合激光束空间分布调控技术,激发线性调频超声表面波信号,进一步利用匹配滤波算法对线性调频激光超声表面波信号进行脉冲压缩,可大幅度提高激光超声检测信号的信噪比和分辨率。建立空间调制激光超声数值计算模型,研究线性调频激光超声信号激励方法;基于数值模拟获得的线性调频激光超声检测信号,开发基于匹配滤波器的激光超声脉冲压缩信号处理方法;通过数值模拟不同表面裂纹缺陷与不同空间调制情况下的脉冲压缩信号效果,探究该方法对于激光超声检测信号信噪比的增强能力,并最终通过试验验证。结论表明,基于脉冲压缩技术的增强型激光超声检测方法,可以大幅度抑制噪声信号,提高针对金属表面裂纹的缺陷检测能力,解决激光超声无损检测信噪比低,灵敏度差的问题,也为该方法进一步研究提供理论依据和试验指导。     

激光超声的基本理论实验和应用

采用压电换能器的超声探伤技术，是沿用已久并为大家普遍接受的一种有效的无损检测方法，而且它具有一系列优点，如价格低廉、结构简单、使用方便。它的使用是如此广泛和成功，以至自它问世几十年来，几乎没有任何竞争对手可以取代它。既然如此，人们不禁要问：为什么当今世界大部分先进国家的无损检测业都在倾注全力竞相研制复杂昂贵的激光超声系统？通过本文，我们将就激光超声的基本理论、实验和应用前景作一全面的论述。     

表面裂纹的激光超声可视化兰姆波检测研究

兰姆波在板材的缺陷检测中具有重要的地位,但兰姆波在裂纹检测过程的可视化实验研究较少。通过激光超声可视化技术,观察了激光激励出的宽频兰姆波在0.4 mm深、0.2 mm宽的裂纹上的反射和透射现象;并利用带通滤波技术,研究了不同中心频率的兰姆波在裂纹上的散射特性。结果发现:兰姆波在裂纹上发生了模态转换现象,出现了传播速度较快的兰姆波模态;并随着兰姆波频率的增加,反射兰姆波的能量增强。该研究为板中裂纹的兰姆波检测提供了实验参考。     

探测激光超声信号的Fabry—Perot干涉仪及测试系统的研制

本文自行研制了一台Fabry—Perot干涉仪及其用于探测超声信号的测试系统。利用该系统对非光学表面的铝板和铜板实现了nm级窄脉冲激光超声信号的非接触式检测,其信噪比足以满足进一步信号处理要求。     

基于EEMD能量熵的激光超声微缺陷信号特征提取

激光超声技术具有非接触、频带宽和高时间空间分辨率等优势,被广泛应用于材料的微缺陷检测.基于总体经验模态分解(EEMD)解决模态混叠问题算法的特点,将其应用于激光超声信号的消噪处理;针对EEMD降噪时IMF分量选取的问题,设计提出了自适应选取IMF分量重构信号的算法,获取基于EEMD的激光超声微缺陷信号的自适应降噪方法,取得了较好的去噪效果;提出了基于EEMD能量熵的激光超声微缺陷信号特征提取分析方法,并计算各阶能量,成功地探测缺陷的大小.