激光檢測計量課件

引言測試、計量是人們從客觀事物中提取所需信息，借以認識客觀事物并掌握其客觀規(guī)律的一種科學方法，測試測量技術則是通過測試手段實現上述方法的技術。激光是高強度的，具有和，因而是精密計測的理想光源【1】。利用激光的某一特性或幾種特性，可以進行多種幾何和物理參數的激光檢測。目前,激光檢測技術已涉及精密測量、計量、生產過程的自動監(jiān)控以及科學研究多方面的應用。

現選擇激光在檢測計量中主要的幾個方面來分析一下國內外激光檢測的發(fā)展與應用現狀。

全息檢測激光測距激光測速激光超聲

激光準直導向

激光雷達檢測計量1.1激光準直導向

原理：利用激光的方向性,把激光當作直線，或由激光掃出一個光束平面,就可以用來進行精密的定位、導向、安平等【2】。

應用：主要用于測量大型機械（特別是長距離的）中的孔、軸系的同軸度以及平面的直線度、平面度、平行度等。

優(yōu)點：與目視光學儀器相比，具有工作距離長、測量精度高、便于自動控制、操作方便等。

缺點：在自由度測量時，分辨力較低。技術參數：漂移量、工作距離、儀器輸出最大光功率等激光準直儀1.3激光雷達原理：在激光測距儀的基礎上，利用分光方法，對特定的大其成分的分布進行測定，是一種工作在從紅外到紫外光譜段的雷達系統(tǒng)，其原理與構造與激光測距儀極為相似【1】。應用：直升機障礙物規(guī)避、化學戰(zhàn)劑探測、成像激光雷達可水下探物優(yōu)點：與普通微波雷達相比，激光雷達由于使用的是激光束，工作頻率較微波高了許多。所以具有分辨率高、隱蔽性好、抗有源干擾能力強、低空探測性能好、體積小、重量輕等。缺點：工作時受天氣和大氣影響大、波束窄，在空間搜索目標困難等。技術參數：作用距離、目標搜索和捕獲能力等激光雷達1.4激光測速原理：利用激光照射到運動物體上所產生的多普勒效應來測量運動物體速度。激光多普勒測速儀就是利用這個原理【1】。應用：主要應用于對湍流強度及流場分布的測量等。優(yōu)點：與傳統(tǒng)測速方法相比，具有非接觸測量；測速精度高；空間分辨率高；測速范圍廣；動態(tài)響應快，可實時測量；可同時進行多維測量，具有良好的方向靈敏度等。缺點：測量精度受工作環(huán)境影響較大。技術參數：捕獲時間、距離范圍、速度范圍、速度精度等斯德克激光測速儀精度高難度大實用性高涉及面廣可測參量多1.5激光應用在檢測計量方面的特點1.6研究現狀、發(fā)展趨勢以及存在問題測量精確度不斷提高從靜態(tài)測量到動態(tài)測量高附加值測量儀器設備幾乎空白自主創(chuàng)新能力較差測量對象復雜化測量條件極端化

激光檢測計量發(fā)展趨勢研究現狀存在問題超大尺寸精密測量、微/納米級超精密測量等2.激光超聲定義及基本原理2.1激光超聲的應用2.2激光超聲應用背景和優(yōu)缺點2.3參考文獻2.42.2激光超聲的應用2.2.1用壓電換能器接收激光超聲脈沖2.2.2用外差干涉儀接收激光超聲脈沖2.2.3用共焦法布里一泊羅干涉儀接收超聲脈沖2.2.2用外差干涉儀接收激光超聲脈沖我們采用光外差技術和一系列電子技術,對鋁、銅和鋼樣中的激光超聲脈沖進行了非接觸接收,并取得了初步結果。2.2.3用共焦法布里一珀羅干涉儀接收超聲脈沖我們研制了一臺用單片機穩(wěn)定毛作點的共焦法布里一珀羅干涉儀并成功地接收到鋁樣品中的超聲脈沖信號。2.3激光超聲的應用前景和優(yōu)缺點激光超聲的優(yōu)點非接觸檢測光點小頻帶寬光速容易移動光速容易組成列陣優(yōu)點1

優(yōu)點2優(yōu)點3

優(yōu)點4優(yōu)點51缺點：激光設備龐大復雜。2.3.1激光超聲的優(yōu)缺點2.3.2激光超聲的應用前景計量標準無損檢測材料特性的檢測計量檢測超聲檢測系統(tǒng)非接觸測量寬頻帶高的空間分辨率波長絕對測量對系統(tǒng)無影響準確度高因此激光超聲檢測系統(tǒng)適合于超聲換能器和聲發(fā)射換能器的計量標準。材料特性的檢測由于超聲能透入金屬內部,大多數需要測量的材料特性參數不是影響超聲速度,就是影響超聲衰減,或者兩者都影響,再加上激光超聲的特點,它有可能測量以下各項特性：(l)材料的尺寸特性如厚度、高度等,用激光超聲可提高測量薄片的能力,幾十微米厚的金屬片,測量誤差約2%。還可進行高溫在線測厚。(2)力學特性,如測量殘余應力、彈性模量等。(3)表面質量檢測。2.4參考文獻[1].應崇福,激光超聲的原理及其在固體中的應用.1996-06-24.[2].龔育良,白世武,俞為民,劉惠敏,計量新技術——激光超聲.1995-01-28.[3].錢夢騄,激光超聲檢測技術及其應.2003.

3.1激光全息術的基本原理[1]全息術，又稱全息照相術，顧名思義就是記錄被攝物體的全部信息。使用干涉技術不僅僅記錄物體光波的振幅信息，而且能記錄物體光波的相位信息，當在一定的條件下照明這個記錄就可以再現物體的光波。全息技術分為兩步：再現過程：全息圖的再現光路：3.2激光全息技術在文物檢測方面應用[2]

全息干涉計量原理有多種變化形式，觀察微差表面位移的方法有一次曝光法（又稱實時全息干涉）、二次曝光法和時間平均法。

我們用二次曝光法對文物進行檢測。二次曝光法是把處于兩種不同應力狀態(tài)下物體的兩次全息圖先后照在同一張全息底片上，然后進行再現觀察、分析。此種方法操作比較簡單，也比較實用。

全息檢測光路3.3激光全息干涉技術的優(yōu)點及其局限

全息技術的優(yōu)點：

（1）立體性：當用參考光照射全息圖時，再現的物光波包含有物光波的振幅和相位信息，所以我們觀察到的物體是一個三維的像。（2）由于整張全息圖布滿了由物體上反射的物光和參考光，所以在全息圖任意小的一個地方都記錄整個物體的信息。這樣情況下，即使全息圖由于破損，或者被分割了，都不影響物體的再現，并且仍然是物體的完整像。（3）在同一張全息圖上，我們保持物光波不變，而改變參考光的方向，就可以記錄幾種不同的物光波，這個優(yōu)點使全息技術可以用于信息存儲。

全息技術的局限性:

由于光敏元件的尺寸和分辨率不是很理想，所以該方法比較適合小變形物體的測量，如果物體變形超出干涉范圍的時候，以目前的技術就很難實現有效的計量?，F在隨著科技的不斷進步，光敏元件的分辨率不斷地提高，計算機對文件的處理能力不斷加強，以及學者