基于激光辅助加热的声表面波微裂纹检测的实验研究(2)
3.2.1 实验装置 15
3.2.2 实验方法 19
3.2.3 实验步骤 19
4 结果与讨论 21
结 论 27
致 谢 28
参 考 文 献 29
1 绪论
1．1 研究背景
近年来，随着工业自动化程度的不断提高，人们对无损检测技术，尤其是非接触无损检测技术的需求越来越迫切。激光超声检测技术是利用激光脉冲照射样品表面，激发出超声波，并利用光学方法对超声波进行检测，从而实现对样品进行无损检测的一种方法。目前，激光超声技术己成为无损检测领域中的一种重要技术和手段。
激光超声技术具有以下优点:
a) 非接触:激光超声信号通过激光脉冲激励产生，又通过光学方法检测，实现了完全意义上的非接触。发射源到被测物之间的距离可以达到10米，能够在高温、高压、有毒或放射性等恶劣条件下进行远距离无损检测。
b) 宽带:激光超声在时间和空间上都具有极高的分辨率，超声的脉冲宽度可达1微米， 频率可达千兆赫兹，而相应的波长只有几微米，这就大大提高了探测微小缺陷的能力和测量的精度，非常适合超薄材料的检测和物质微结构的研究。
c) 实时在线:由于激光超声的激发和检测都是在瞬间完成的，可以实现快速实时检测，是工业上定位、在线监测、快速超声扫描成像的极好手段。
d) 适用面广:激光激发超声现象在固体，液体和气体中均存在，而且对样品的形状基本没有限制，使得激光超声技术有着很广泛的应用领域。
e) 激光激发的超声具有多模式激发的特点，可以同时在样品中激发出纵波、横波、表面波以及在板材中激发出Làmb波等模式的超声波。
f) 受表面状况影响小，测量准确度和分辨力都很高，其中激光声表面波由于对表面缺陷的高度敏感性，非常适合于表面缺陷的无损检测。
g) 与光纤技术结合，可将超声的激发光/探测光集成于一个系统之内。
目前，激光超声技术己被广泛应用于材料的缺陷探测和定位，内部损伤过程监测，断裂机理研究等工程领域中。特别是对固体材料的力学和热学性质研究，以及对具有生物活性的化学和生物物质的光化学反应动力学和热力学的研究，更显示出激光超声技术具有其它检测技术难以替代的优越性。
自上世纪60年代发明以来，激光因其指向性好、单色性好以及相干度高等优点，迅速在工业生产以及科学研究中得到广泛应用。到目前为止，激光应用最广的领域是信息技术行业，但激光聚焦后可产生高功率密度光斑的特性也一直吸引着人们的注意。对于激光与材料相互作用后产生的热学、力学、电磁学等效应的研究也从未中断过。1963年，R.M.white[1]报导了用脉冲激光照射工件表面产生超声波脉冲的现象。由于激光在介质中能同时产生纵波、横波和表面波等多种模态的超声波，以激光激发的超声波作为检测手段，具有非接触、激发超声波频带宽、可远距离遥控、可实现快速全方位扫描、稳定性重复性好以及不需耦合剂等优点。因此世界很多国家都针对激光超声这一学科进行了许多研究工作[2,3,4]。
在固体中，激光激发的超声主要是由于光波序列与工件材料的相互作用造成的。脉冲激光器将短脉宽、高能量的光脉冲照射在介质表面时，激光能量将导致金属表面下温度迅速升高从而导致体积膨胀，最终在材料中形成激波。激光可在材料中激发出频率很高的超声波，最高可到千兆赫兹。当作用激光的功率密度较小时，材料在激光区域无损的情况下就可以激发出足够能量的超声波，这称之为热弹性激发。激光超声可实现热弹激发这一特点也就使得其用于材料特性和结构无损检测成为可能。