激光诱导热波差分法分层检测金属次表面缺陷

用固体材料吸收一维热传导模型求解一维热传导方程,获得了试样表面温度与试样缺陷深度、泵浦光调制频率的关系,进而推论出：控制调制频率确定热扩散长度就确定了可探测的埋在固体内部缺陷的深度范围。利用热波辐射产生试样表面温度变化引起邻近表面空气折射率变化的原理和垂直光热光偏转探测技术,建立了以全半导体激光为泵浦光和探测光的光热偏转检测装置,对Al块表面二维扫描检测到的热波信号作编码成像处理得到热波像。通过2个调制频率下热波像的差分处理获得了埋在次表面深度330μm处、厚度为50μm的沟槽缺陷,论证了热波差分成像检测方法对金属次表面缺陷实现分层成像检测的可行性。     

检测材料内缺陷的激光弹性波相位分析法

日本金属材料研究所最近利用脉冲激光在材料内部激起超声波，并可用另一台激光器分析，从而开发出捡测材料内部缺陷的技术。其原理是当强激光照射材料时，利用材料的热膨胀产生弹性波，该波会在试料的内侧传播或从试料的表面反射，这时借助另一台激光器加以检测。该所为使该技术付诸实用，正致力于将精度提高到能检测出几微米量级缺陷的研究。     

激光与固体透明介质相互作用的力学效应

本文从球体模型出发,研究了激光与固体透明介质相互作用的热弹性应力波激励机理,并进行了实验验证,得到了环氧树脂内部变化的光致热弹性应力波传播速度。     

镀锌钢表面光纤激光宽带熔覆铝合金涂层研究

采用经整形的矩形光纤激光光斑和配套的宽带送粉装置,实现了在镀锌钢板表面熔覆AlSi12合金涂层.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪观察熔覆层成形、缺陷以及金属间化合物层组织,结果表明熔覆层中的主要缺陷是裂纹.在熔覆层与母材界面处的金属间化合物层中发现裂纹,熔覆中的热输入量与裂纹长度成正比.通过增加激光功率或降低熔覆速度可以有效减小熔覆层中气孔的最大直径并减少气孔数量,熔覆层界面处组织为Al-Fe-Si系统金属间化合物.激光功率的降低或熔覆速度的增加,可以有效降低金属间化合物层最大厚度,采用适当的熔覆工艺参数控制金属间化合物层厚度,可以有效避免裂纹的生成.     

板条激光模块热致波前畸变自校正设计北大核心CSCD

为了解决板条激光器输出激光光束质量不高的问题,建立了激光在板条激光模块中沿"之"字形光路传输时的热致波前畸变模型。对热致波前畸变的分布特点进行了研究,并提出了一种减小热致波前畸变的方法。数值仿真结果表明,通过合理的光路设计,优化激光以同一角度两次进入板条介质时的位置偏移量,可以达到减小板条厚度方向上热致波前畸变的目的。     

碳纤维基体涂层质量的红外热波检测研究

碳纤维材料上涂层的应用使得常规无损检测技术难以实现涂层的厚度测量和缺陷检测.提出红外热波无损检测技术对涂层厚度及内部缺陷进行检测.红外热波无损检测技术主动对被检测样件进行热激励,热波在均匀试样中传播,遇到界面后热传导发生变化,通过红外热像仪连续监测的降温曲线的变化找到热传导时间来测量涂层厚度.涂层下的缺陷热属性差异对表面温场产生热图异常,从而进行内部缺陷检测.实验结果表明,对涂层厚度在0.35～2 mm的碳纤维基底涂层样件可用红外热波无损技术进行涂层厚度和缺陷检测,涂层厚度检测精度为0.1 mm.红外热波检测技术可以实现涂层厚度测量和涂层下缺陷的检测.     

基于热固耦合的管道激光超声检测有限元模拟

对管道裂纹检测中的激光超声检测技术应用于X80管道时的测试进行研究,运用基于热固耦合的有限元方法对激光照射管道产生超声的过程进行模拟,得到了脉冲激光源功率密度特性图以及管道表面温度场的分布图,对模拟结果进行分析并得出相关结论.通过研究脉冲激光所激发的超声波在管道中的传播特性,分别得出了超声波在管道表面有裂纹和无裂纹时的...     

飞秒激光烧蚀石英玻璃所激发的内部应力波

通过重复采样和泵浦探测的实验方式,对飞秒激光烧蚀石英玻璃的内部动态过程进行了实验研究,获得了石英玻璃内部的时间分辨阴影图像.实验结果表明,在不同的延迟时间下,石英玻璃内部依次出现了多个应力波,并通过测量应力波的位置获得了其速度的实验演化规律.这些结果直观地展示了飞秒激光与物质之间相互作用中,材料内部的动态行为.     

激光激发瑞利波测量铝合金焊接残余应力

根据声弹性原理提出了一种新的测量材料表面焊接应力的激光超声方法.利用Nd:YAG脉冲激光在材料表面激发高频率超声瑞利波,采用非线性激光干涉仪对检测焊接应力的超声瑞利波进行探测.探测点的位置保持不变,通过激发源的扫描来改变激发源和探测点之间的距离,干涉仪探测到一系列超声脉冲波形信号.采用波形相关技术计算相邻超声瑞利波的传播时间延迟,得出瑞利波的传播速度,进而根据声弹性理论计算出相应的应力值.通过激光源在焊缝附近的扫描,得到焊缝周围的应力分布.测量了铝焊接平板表面的残余应力,得到了样品表面的焊接应力分布.实验结果表明,这种方法可以实现样品表面焊接应力的快速扫描测量,使其在材料表面焊接应力分布无损检测领域具有一定的应用价值.     

非晶合金脉冲激光加工适应性

分别采用脉冲宽度为100 ns、3 ps激光对厚度为80μm的Zr-21Cu-4Al-1Ti(ZT1)非晶合金进行切割试验,研究激光加工非晶合金的适应性。结果表明：纳秒激光加工的热效应明显,加工区域存在重铸、裂纹、飞溅等典型的热致缺陷,并且在外侧形成了较大范围的晶化区域,晶化区域的材料表面具有独特的纹理和颜色。皮秒激光可实现近“冷”加工,加工区域呈现非热熔性去除形貌,无重铸、裂纹、飞溅等热致缺陷,并且未发现晶化。在大气环境、多脉冲、高能量密度等条件下,纳秒、皮秒激光的加工区域均出现了不同程度的氧化。前者发生在整个热影响区表面,后者只发生在激光辐照区域。     

激光产生应力波的研究和应用

由于激光与液体或固体相互作用时伴随有气化过程和热弹性效应，这种效应导致应力波的产生。这种应力波又称为高频声波。它是近年来研究工作者的新课题。对这种激光与材料声场相互作用的研究建立了一门新的学科，曰“光声学”。最近发展起来的光声光谱学、光声显微镜、     

利用激光超声纵波的衍射信号测量开口裂纹

激光超声的纵波声场在工件内部各个方向均有分布,相比于横波和表面波,纵波最先到达开口裂纹处,随后发生衍射以及产生波型转换现象.若提取相应含有开口裂纹信息的超声波信号,便能够达到缺陷识别的目的.基于烧蚀机制下激光超声纵波声场的分布特点,分析了衍射纵波信号的时间及相位特征,并给出了裂纹参数的表达式.建立了含开口裂纹工件的二维...     

研究材料缺陷探测极限用的红外成像装置的特性

红外成像装置作为以遥感方式测定物体表面辐射温度分布的测定器,在工业界得到了广泛应用。利用这种装置测定缺陷存在的方法－热成像法目前颇受关注。这种测定方法是一种向物体照射热,将物体表面所产生的异常湿度和辐射能量分布显示在红外成像装置的显示器上,使热图像形式可视化的方法。目前,利用红外成像装置测定物体表面和内部缺陷的探测极限、弄清楚JIS、ASTM等标准中所规定的噪声等效温差（NETD）和最小可分辨温差（MRTD）之间关系方面的研究还非常少。本项研究是通过测定所使用的红外成像装置的噪声等效探测温差和最小可分辨温差等特性,阐述与物体表面缺陷的探测极限的关系。     

国外正在研究的医用激光新课题

激光CT 激光CT的基本原理与X线CT的相同点是向生物体内多方向照射光束,并探测通过生物体的光,然后用计算机处理使之图象化。与X射线CT不同之处是,用激光而不是X射线。 日本日立制作所与东海大学医学部共同开发的高分辨的光CT已成功的实现了老鼠脑内氧浓度分布图象化。采用的激光源是适合于计测物体内氧浓度的770nm     

探测受声波调制的激光漫反射回波信号

基于光电接收目标的漫反射光原理,采用红外激光探测室内声波,在对目标特性研究和漫反射回波信号光功率估算的基础上,设计和研制了实验系统。用红外激光探测从玻璃目标返回带有受声波调制的激光漫反射回波信号,在6-63 m距离及直接反射光线与探测器光轴之间的夹角β≤±4°时,可以听见所探测到回波信号中的声音;当β=4°-15°时,可以探测到激光漫反射回波信号,但听不到声音。实验证明,利用漫反射激光探测室内声音的方法是可行的。     

探测光波长对太赫兹波电光取样探测技术的影响

由于太赫兹波电光取样探测技术中电光晶体存在的色散关系, 探测光的波长会直接影响到电光取样的探测带宽和效率.由于该色散关系的存在, 不同的电光晶体在电光取样中响应函数不同.本文研究了两种典型的电光晶体-碲化锌和磷化镓晶体的响应函数, 发现在选取的四种探测激光波长内(600 nm、800 nm、1200 nm、1600 nm), 800 nm的探测激光更合适碲化锌晶体, 1200 nm的激光更合适磷化镓晶体.对于不同厚度的晶体, 存在一个最优化的探测激光波长, 使得该晶体的电光响应函数有最宽的带宽.     

波段内激光辐照光电探测器的光热效应实验研究

以1.06μm激光为例,使用PC型HgCdTe探测器,从实验的角度全面给出探测器各种可能的激光响应结果;同时给出响应波段内激光辐照探测器时光、热各自作用及光热综合作用的实验曲线,并结合此结果以清晰直观的图像分析了波段内激光辐照光电探测器时各种响应结果的成因.研究表明:激光辐照过程中,探测器信号响应曲线是光、热综合作用的竞争结果;激光停照后,信号曲线仅反映探测器的热恢复过程;光电导探测器的光响应和热响应随工作温度的变化均存在峰值响应.探测器的工作温度、激光功率密度和辐照时间是影响探测器信号响应曲线行为的关键参数.     

激光在材料中感生的瞬态光声波和光热波

研究了锁模激光在材料中产生频率达GHz的光声波和相应探测技术,用回波分析法无损坏测量了薄材料的厚度。研究了激光在材料中感生的光热波,热沉测量可用于解释材料的破坏机理。     

飞秒激光在KCl晶体中诱导色心

分别利用1kHz和200kHz两种重复频率的近红外飞秒激光,经过低数值孔径的物镜聚焦,空间选择性地辐照KCl晶体,在KCl晶体内部诱导出了一系列色心缺陷。通过飞秒激光辐照前后KCl晶体的吸收光谱分析,明确了飞秒激光照射后KCl晶体内部5种色心的归属,发现色心的浓度随着飞秒激光功率的升高而增长。对吸收光谱的分析表明,两种重复频率的飞秒激光所诱导的色心吸收带相应的峰值略有偏移。认为这是由高重复频率的飞秒激光的热累积效应引起的。理论分析表明,KCl晶体内部的点缺陷和高功率密度飞秒激光与KCl晶体相互作用所诱导的多光子吸收是色心形成的主要原因。     

激光致声混凝土内部空洞检测

激光致声混凝土内部空洞检测技术是一种针对混凝土脱空鼓包现象的遥感检测技术,具有检测快速,非接触等特点,满足了在一些不方便进行接触式检测的场景下对混凝土内部空洞进行识别的需求。该技术的实现主要分为声波的激发以及声波的探测。文中聚焦声波激发这一部分,用加速度传感器替代激光测振仪,搭建了一套激光致声混凝土内部空洞检测系统,并对内部预制空洞的混凝土试块进行了检测。实验发现混凝土内部空洞的存在会改变空洞上方结构的抗弯刚度,当存在外部激励时,空洞上方的结构将会出现弯曲振动的现象,该振动的频率接近于振动结构的一阶固有频率。使用高功率密度的脉冲激光器可以方便地激发出缺陷区域的弯曲振动,当空洞缺陷较浅时,可以根据弯曲振动在频域的特征响应判断内部是否存在空洞。随着空洞深度的增加,空洞上方结构的抗弯刚度逐渐增强,弯曲振动的振幅减小,仅凭特征频率将难以实现内部空洞的识别。在这种情况下,可以利用表面振动信号的加速度能量谱来表征振动能量,通过振动能量的高低判断混凝土内部是否存在空洞。基于上述理论,成功探测到了混凝土内部深度为150 mm的空洞,验证了利用激光致声技术检测混凝土内部空洞的可行性。