利用光學傳聲的激光超聲探測器

正文

利用光學傳(chuan) 聲的激光超聲探測器

圖3:透射測量結果。

(a)點焊典型時間信號和c掃描

(b)良好焊縫的閾值c掃描和x軸線掃描，虛線表示行掃描位置

(c)對直徑過小的壞焊縫進行閾值c掃描和x軸線掃描

該光學麥克風已經成功地国产成人在线观看免费网站於(yu) 各種過程控製和無損檢測国产成人在线观看免费网站，以及生物醫學成像中的光聲顯微鏡。隨後展示了通過結合激光激勵無損檢測傳(chuan) 輸和單麵測量。

點焊透射試驗圖3(b)顯示了點焊的c掃描圖像。焊縫形成的連接保證了良好的超聲傳(chuan) 播，而周圍的間隙強烈地衰減了超聲傳(chuan) 播。檢測麵積小(0.3 mm。2毫米)的光學傳(chuan) 聲器導致高橫向分辨率。圖3(a)描述了來自數據集的典型時間信號。它的特征是一個(ge) 初級脈衝(chong) 的持續時間<2 us帶寬，並證明了可以實現這個(ge) 時間分辨率。

本文所述的所有測量均在如圖2(a)所示的樣本上進行。它由兩(liang) 片鋼板組成，尺寸為(wei) 20cm × 20cm，厚度為(wei) 1mm，通過一些不同質量和表麵光潔度的點焊連接。D1組測量是在透傳(chuan) 裝置中進行的，如圖2(b)和圖2(c)所示。激勵激光器由安裝在樣品上方的緊湊型光纖耦合頭發送，而光學麥克風被放置在樣品下方約1厘米的距離。利用二維掃描機器人對激勵激光頭和麥克風進行掃描，記錄局部檢測到的超聲振幅，形成Z大振幅投影的c掃描圖像。

對於(yu) 內(nei) 聯無損檢測。實際的測試時間通常被限製在幾秒鍾之內(nei) 。因此，通過點焊考慮線掃描是有用的。作為(wei) 一個(ge) 例子，圖3顯示了行掃描之間的比較。在幾秒鍾內(nei) 記錄的良好(b)和不充分(c)焊縫。較小的壞點焊延伸(例如，通過線掃描的Z大半寬(FWHM)來量化)是很容易檢測到的。

點焊單麵蘭(lan) 姆波測試

如圖3(a)所示，有足夠的帶寬用於(yu) 短超聲瞬變的時間分辨率，這為(wei) 非接觸單邊測試提供了條件。在這種情況下，使用蘭(lan) 姆波進行缺陷表征，以及樣本參數估計，這是當前熱門的科學和工業(ye) 領域[14]。接下來，我們(men) 首次測量了點焊附近由激光激發產(chan) 生的蘭(lan) 姆波的傳(chuan) 播，並用光學傳(chuan) 聲器記錄下來。對於(yu) 這些測量，光學傳(chuan) 聲器和激勵激光頭被放置在樣品的同一側(ce) ，如圖4所示。激發激光以固定位置傳(chuan) 送到板上，距離點焊縫7厘米。光學傳(chuan) 聲器在包含點焊的5cm × 5.5 cm大小的區域內(nei) 進行掃描。一個(ge) 典型的時間信號如圖5(A)所示。經過短時間延遲後，檢測到與(yu) 導波相關(guan) 的信號。在以後的時間裏，這個(ge) 信號與(yu) 激光與(yu) 平板之間的相互作用點激發的高振幅信號，和機載超聲的疊加有關(guan) 。

圖4:單麵測量設置示意圖

激發激光被傳(chuan) 送到樣品上距離點焊7厘米的固定點上。光學傳(chuan) 聲器位於(yu) 樣品的同一側(ce) ，掃描包含點焊的5cm × 5.5 cm成像區域，以檢測沿平板傳(chuan) 播的導波。

導波的時間演化可以通過c掃描不同時間點的信號幅值來可視化。圖5(b)-(d)顯示了這樣一個(ge) 圖像序列，每張圖像之間有8 us的時間延遲。它們(men) 顯示了初級So模式和一個(ge) 由於(yu) 模式轉換(b)而在點焊處加速或由於(yu) 模式轉換(b)而產(chan) 生的Ao成分，以及隨後在點焊周圍形成一個(ge) 由激光吸收(c,d)產(chan) 生的高階初級Ao模式的衍射圖案。Z後一個(ge) 麵板(e)在20 μs的時間窗口內(nei) 包含Z大振幅投影，顯示點焊產(chan) 生的“陰影”，即焊縫後Ao模式的振幅顯著降低。未來的工作將集中於(yu) 利用觀察到的特征進行缺陷檢測和表征。

圖5:單側(ce) 測量的結果

(a)典型的時間軌跡，顯示在前110 us內(nei) 的導波和隨後從(cong) 激勵點到達的空氣耦合信號。(b)-(d)導波的時間演化。

(b)點焊的波分量和Ao分量。

(c)， (d)點焊周圍Ao模式的衍射。

(e)超過20 μs跨度的Z大振幅投影，顯示焊縫周圍的振幅分布。

圖6: B掃描，根據傳(chuan) 播速度識別觀察到的模態。傳(chuan) 感器對準被掃描激勵點超過50毫米的距離。左圖:290 μs。包含導波和後期空氣耦合信號的時間段。右圖:放大到前55 us，對兩(liang) 個(ge) Lamb模態(Ao和So模態)進行相速度估計。

Z後，圖6顯示了一個(ge) b掃描產(chan) 生的時間信號線掃描沿x軸，掃描過程光麥克風遠離源移動。b掃描中，可以估計不同觀測模式的傳(chuan) 播速度。除了稍後的空氣耦合信號外，我們(men) 還發現了一個(ge) 顯著的模式，其傳(chuan) 播速度為(wei) 'Ao ~ 1500 m/s，以及一個(ge) 低振幅模式(vso ~ 5100m/s)。通過與(yu) 薄鋼板[15]的色散關(guan) 係相速度值的比較，可以識別出這兩(liang) 個(ge) 模態分別為(wei) Z低階反對稱模態和對稱Ao模態和So -模態，因為(wei) 具有相似聲速的高階模態僅(jin) 出現在超出我們(men) 測量範圍的頻率上。未來的工作將包括通過二維FFT或小波分析從(cong) b掃描中恢複色散關(guan) 係，用於(yu) 參數估計，或識別顯示缺陷存在的模式轉換效應。

總結與(yu) 展望

本文提出了一種基於(yu) 激光激勵和空氣耦合光傳(chuan) 聲器相結合的新型非接觸無損檢測裝置。這種組合允許實現緊湊的、纖維耦合的NDT探頭，適用於(yu) 檢測和產(chan) 生微秒時間尺度的超聲瞬變。它已被證明為(wei) 穿透和單麵特性的點焊鋼。兩(liang) 種裝置都允許對缺陷進行高分辨率成像。在單麵測量的背景下，研究了蘭(lan) 姆波在點焊附近的傳(chuan) 播。未來的工作將包括不同類型的樣品材料和幾何形狀的測量，以及快速內(nei) 聯的国产成人在线观看免费网站開發無損檢測設置。

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