Lamb波基于剪切干涉的激光超声缺陷检测(2)

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1.1 研究背景及意义

随着科学技术的不断发展，核发电厂和航空航天等高科技领域越来越依赖于高质量材料。为了确保材料的高品质，我们必须在不损伤材料的前提下，对材料进行探测，激光超声这一无损探测技术应运而生了。激光超声技术是激光在被测材料上激发出超声波，并利用它对材料表面和内部的缺陷进行检测。由于激光超声是可以进行非接触检测，它可以在高温、高压、有毒和放射性等恶劣环境下对材料进行检测。同时，还可以产生重复的短脉冲超声，在空间和时间上都具有很高的分辨率,即便是普通的激光系统,也可以实现微米量级的空间分辨率。因此激光超声检测技术的工业应用前景十分广阔。论文网

超声无损检测一般采用横波和纵波进行检测，但是对于低于2mm厚度的薄板的横波检测和纵波检测难度都很大。事实上无论是横波还是纵波，入射进入金属后，随着传播距离的增大，都不再是简单的横波或纵波，而是转换为一种新的超声波形态，即Lamb波。Lamb波是超声波无损检测中最常见的一种导波形式，Lamb波与普通超声的逐点检查的不同之处在于它一次扫查一条线进行检测，并且收发探头可以在检测时放于样品的同一侧，这样使得Lamb波超声检测变得十分方便，所以Lamb波检测对于薄板无损检测具有纵波和横波难以比拟的快捷、高效的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测。

目前，关于激光超声的检测技术主要有接触式检测和非接触式检测两大类。其中非接触式有电学法和光学法。利用光学方法激发和探测材料表面的超声振动是一种新型的无损检测手段，该方法可以在相当远的距离外遥控进行，而且可以作为窄带或者宽带接收。由于非接触、灵敏度高等特点，还能够克服传统超声波检测需要耦合剂的缺点，光学方法是真正意义上的非接触、宽带超声检测技术。同时，考虑到激光激发的超声通常是宽频激发，如果要充分反映激光激发超声技术的优点，则探测系统的频率响应必须很宽。正因为此，光学非接触式的探测方法，因其大带宽的突出优点，正在越来越广泛地被应用。文献综述

散斑计量是光学探测技术的一个重要分支。这一技术利用相干光照射在粗糙的物体表面，在空间所形成的散斑，或物体表面自然存在的或人造的斑粒，实现物体表面

位移和变形检测。剪切散斑技术是一种基于激光的全场、非接触表面变形的测量技术，

它不需要特殊的隔震措施，克服了因参考光给全息干涉所带来的各种限制。这使得它成为现场测量的有效工具。在过去的30多年中，除了对散斑场自身的特性和规律给予深入的研究外，有多种散斑测量技术逐渐发展和建立起来，并在不同的领域中获得了广泛的应用。例如，在橡胶工业中剪切散斑已成为评价轮胎的常规检测手段，在航空航天工业中用它对飞行器结构，特别是复合结构进行无损检测。剪切散斑技术在其它领域的应用还包括：应变测量、材料特性检测、残余应力表征、三维形状测量、振动分析以及泄漏探测等等。

1.2 国内外的研究进展

1.3 本文的主要研究工作

本文的研究工作主要是建立了脉冲激光源在薄板样品上激发Lamb波的理论模型。同时，了解激光超声激发的原理和光学检测方法，了解数字剪切散斑干涉的相关理论，并通过数字剪切散斑方法得到图像，进而通过它来检测激光超声(Lamb波)的产生和传播特性。

2 固体中的超声理论基础

当固体、液体或者气体受到强的脉冲或者连续的激光束照射时会产生激波和声波，激光激发的超声波有伴随激光激发激波而后产生的超声波，也有没有激波伴随直接由激光激发的超声波两种。不管哪一种，凡遇到激光导致的超声叫做激光超声。激光超声是用强度调制的激光束入射到闭合介质空间中而产生声波，所用的激光为脉冲激光。激光可以在固体中产生超声，也可以在气体和液体中产生超声。来~自^751论+文.网www.751com.cn/