激光超声无损检测技术国内外研究现状综述(2)

为能更好地了解介质中超声脉冲波形、激光脉冲参数与介质光学、力学、热学特性间的关系，调制超声脉冲的特性，以便精确分析其与介质结构、信息间的相互作用，需建立准确的数学模型。

激光超声的激发机理与常规超声的截然不同，但超声波产生后在介质中传播及其与缺陷相互作用机理是相同的，因此早期进行激光超声检测的实验研究，应用广泛、操作简便、灵敏度高的压电换能器来接收激光超声。压电换能器的优点有制作简单、使用方便、频带宽、灵敏度高等，但仍旧是接触式的检测方法，而且采集超声信号时常常需配合使用液体耦合剂，这将影响待测试样品，且耦合剂本身易受外部干扰，故未能发挥出激光超声技术的主要优势，大大限制了该技术的应用。解决这些问题较可行的途径是非接触式超声检测方法。

非接触式超声波检测技术包括电容换能器（ESAT），电磁声换能器（EMAT），光学检测技术以及空气超声换能器[27]。电容换能器（ESAT）是一种宽频带位移接收器[28]。该换能器的优点是频带宽，缺点是待测样品表面需抛光，并充当平行板电容器的极板。此外，换能器离试样表面的距离不能过大（约1mm），由于灵敏度对试样和换能器之间的距离非常敏感，造成实际安装操作时很不方便。把电磁声换能器（EMAT ）应用于激光超声的接收，可实现激光超声的非接触式检测[29,30]。这种技术主要用于高温环境中材料的检测。这种换能器的特点是非接触性，而且对待测试样表的光洁度要求不高，换能器和试样可相对运动。缺点是仅适用于检测导体材料，并且被测材料必须导电良好，且置于很靠近材料表面的区域；换能效率较低，且随着换能器与试样的距离加大，转换效率会快速下降。空气超声换能器频率宽度较窄，空气和固体的阻抗不相匹配，从而造成能量的转换效率非常低，不适用于脉冲光声检测。

真正意义上的非接触、宽频带的超声无损检测方法是光学检测法[31]。随着激光脉冲技术的发展，利用激光脉冲激发超声波，将成为非接触式激光激发超声波的行之有效手段。非接触式的激发检测声波的全光学方法将光激发和光检测相结合，适合在极其恶劣环境下（如高温、高压、强腐蚀和强放射等）对代建试样进行分析测试。光学检测法主要分为非干涉法和干涉法两类。非干涉法发展得相对较完善，但在应用范围上有一定局限。与非干涉法相比，干涉法应用场所更普遍，因此是当前研究的热门对象。在光干涉法中又可细分为线性光干涉和非线性光干涉法。目前被广泛使用线性光干涉仪有共焦法布里—珀罗干涉仪和外差干涉仪，由于均使用了非线性晶体材料，双波混合干涉仪、相位共轭干涉仪以及光感生电动势干涉仪都是是非线性光干涉仪。

由于工业现场总有不可避免的扰动造成待测试样表面的振动，而早期应用的零拍或外差干涉仪恰恰对此较为敏感，故探测效果并不理想。随后发展的时间延迟干涉仪，例如共焦法布里玻罗干涉仪，对试样表面速度敏感，能抵抗周围环境振动，并且能同时接收两个以上的散射光斑，聚光能力较强，在工业现场中能不受低频振动的影响对粗糙表面振动进行探测。然而，共焦法布里玻罗干涉仪需有良好的整体性和稳定性及固定的干涉距离，从而使仪器的复杂性和设计成本增加。另外，当频率降低至1MHz 以下时，该干涉仪的响应灵敏度将急剧下降[32]。

近年来，出现许多相干探测的适应性参考光束干涉仪的激光超声接收器。它能较好解决由机械微振动而使波形产生的散斑。这些接收器是在双波混合、自泵浦相位混合、光诱导连续探测或双相位混合的基础上。与Mach-Zehnder干涉仪和 Michelson干涉仪等被动参考光束干涉仪相比，适应性参考光束干涉仪的优点是：不需要光程稳定性；聚光率很高；脉宽较宽；对由于环境扰动或机械干扰而引起的低频波具有一定补偿作用[33]。激光超声无损检测技术国内外研究现状综述(2):http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_76105.html