激光超聲無損檢測(cè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、研 究 生 實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 實(shí)驗(yàn)名稱 激光超聲無損檢測(cè) 姓名 周英杰 學(xué)號(hào) 2013210421 班級(jí) 機(jī)研13 課程 現(xiàn)代傳感與檢測(cè)技術(shù) 指導(dǎo)教師 王偉 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn) 綜603 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目編號(hào) 實(shí)驗(yàn)類型（基本操作 驗(yàn)證 綜合 設(shè)計(jì)）實(shí)驗(yàn)日期 2014 年 6 月 18 日 9 時(shí) 0分 11 時(shí) 00 分同組同學(xué) 梁天太 楊光 機(jī)械工程學(xué)院制 2014年1月 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握激光超聲無損檢測(cè)的基本原理；2. 掌握數(shù)據(jù)采集方法及數(shù)字濾波方法。二、實(shí)驗(yàn)原理2.1 激光產(chǎn)生超聲波原理激光超聲的產(chǎn)生機(jī)理主要分為熱彈性激勵(lì)、燒蝕激勵(lì)兩種。2.1.1 熱彈機(jī)制當(dāng)激光脈沖照射到不透明固體表面上時(shí)，它的能量

2、一部分被反射，令一部分被吸收，并轉(zhuǎn)化為熱能。當(dāng)入射激光功率小于材料表面的損傷值（金屬材料一般為107w/cm2），不會(huì)使材料發(fā)生熔化和燒蝕，材料表層吸收了入射激光的能量導(dǎo)致局部產(chǎn)生幾十到幾百度的溫升。引起熱膨脹而產(chǎn)生表面的切向應(yīng)力，見圖1。由于固體淺表層的局部溫度升高并沒有導(dǎo)致材料任何相變，所以熱彈激發(fā)效應(yīng)有嚴(yán)格無損的特點(diǎn)，且能產(chǎn)生各種波形，目前使用最為廣泛。圖1 熱彈性機(jī)制示意圖圖 圖2 燒蝕性機(jī)制示意圖2.1.2 燒蝕機(jī)制當(dāng)入射激光的功率密度大于107w/cm2，材料表面汽化同時(shí)對(duì)樣品產(chǎn)生一法向力，從而激發(fā)超聲波，稱為燒蝕激發(fā)機(jī)理，見圖2。對(duì)于金屬，當(dāng)入射激光脈沖功率密度大于107w/cm

3、2時(shí)，材料表面溫度急劇升高，當(dāng)溫度超過材料的熔點(diǎn)時(shí)，就會(huì)在表面產(chǎn)生幾微米深的燒蝕，部分原子脫離金屬表面，在材料表面形成等離子體。這一過程會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的垂直于材料表面的反作用力脈沖，相當(dāng)于給試件表面施加一個(gè)單位法向力，從而激發(fā)出幅值較大的超聲波信號(hào)。這種機(jī)制的超聲激發(fā)效率比熱彈機(jī)制高4個(gè)數(shù)量級(jí)，可以獲得大幅度超聲縱波、橫波和表面波。但由于每次激發(fā)時(shí)材料表面會(huì)有0.3 um的損傷，所以燒蝕機(jī)制僅應(yīng)用于某些特殊場(chǎng)合。2.2 超聲波的激光檢測(cè)技術(shù)雙波混合干涉技術(shù)。雙波混合干涉檢測(cè)是將樣品表面反射的信號(hào)光束與參考光束在非線性光學(xué)晶體中相干涉，從而形成動(dòng)態(tài)光柵，再讓參考光束通過這光柵形成波前“畸變”的參

4、考光束，它與“畸變”的信號(hào)光束在相互干涉，達(dá)到檢測(cè)樣品表面的目,見圖3。圖3 雙波混合干涉技術(shù)原理三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備/儀器/材料/方法脈沖激光器一個(gè)、air-1550-twm激光超聲檢測(cè)系統(tǒng)、光學(xué)平臺(tái)、二維工作臺(tái)、虎鉗、實(shí)驗(yàn)試件、激光防護(hù)眼鏡等。四、實(shí)驗(yàn)步驟1. 將試樣放置在探頭前面約45mm處位置，2. 設(shè)置示波器dc通道 直流耦合、50歐，幅度刻度50mv/div；ac通道，直流耦合、50歐，幅度刻度10mv/div，時(shí)間刻度10us/div。觸發(fā)：auto。幅度刻度可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整3. 設(shè)置光纖激光器功率為100mw對(duì)于粗糙、灰黑色表面等可適當(dāng)使用200mw或更高，打開探頭前保護(hù)蓋；em

5、ission on使激光器出光。4. 調(diào)整試樣或探頭的距離和方位，能夠在示波器上看到dc的變化，將其調(diào)到最大，調(diào)整時(shí)可改變dc的幅度刻度以利于調(diào)整；一般情況應(yīng)保證dc>=100mv,必要時(shí)使用平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)微調(diào)距離和方位，或著增加光纖激光器的輸出功率。5. 打開解調(diào)器(主機(jī))的高壓開關(guān)和準(zhǔn)直開關(guān),此時(shí)交流信號(hào)如圖4示的正弦信號(hào)，頻率約為75khz；圖4 交流信號(hào)6. 如果沒有，請(qǐng)旋轉(zhuǎn)光纖分離器的把手，仔細(xì)觀察。7. 旋轉(zhuǎn)光纖分離器的把手，使得正弦信號(hào)幅度最大。8. 關(guān)閉準(zhǔn)直開關(guān)，調(diào)整結(jié)束，可進(jìn)行測(cè)量。9. 打開脈沖激光器并發(fā)射，可采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。10. 采集完數(shù)據(jù)后，關(guān)閉脈沖激光器和檢測(cè)器電

6、源，整理實(shí)驗(yàn)設(shè)備。5、 實(shí)驗(yàn)記錄1. 實(shí)驗(yàn)裝置圖 圖5 實(shí)驗(yàn)裝置2. 測(cè)量工件激光打出的孔工件 圖6 測(cè)量工件 圖7 激光檢測(cè)時(shí)打出的孔 3. 實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)見表1表1 實(shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)acc modes statuscurrent setpoint0.800ameasured current0.782ameasured power0.102wcase temperature31.3cdevice settings4. 對(duì)鋼板厚度檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見下圖兩波谷間間距即為測(cè)量時(shí)間差 圖8 鋼板厚度檢測(cè)波形圖 圖9 開始檢測(cè)時(shí)間50.1us 圖10 結(jié)束檢測(cè)時(shí)間50.6us圖11 實(shí)際測(cè)量鋼板厚度為1.2mm六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算或分析1.由實(shí)驗(yàn)檢測(cè)圖可知，兩波谷的間距為超聲波在鋼板中一個(gè)來回的時(shí)間差，激光超聲測(cè)距原理圖見圖8。 圖8 激光超聲測(cè)距原理圖2. (1)3.波谷間距=50.6us-50.1us=0.5us；超聲波在鋼中