基于迈克尔逊干涉技术的激光声表面波检测系统研究

摘要

21世纪以来,科学技术的不断进步推动着无损检测技术的快速发展。声表面波检测技术作为无损检测技术的一个分支,以其独特的优势受到了广大科研工作者的青睐,对其进行研究并应用到工程领域具有重要的意义和价值。
　　目前,声表面波的产生技术主要采用激光激发技术,它在固、液、气态样品中都能产生声表面波,且可提供足够的振幅,与其他技术相比具有显著优势。而声表面波检测技术种类较多,主要有原子力声学显微镜技术、压电传感器技术、光偏转敏感检测技术、干涉仪技术及差分共焦技术等。其中,前两者均为接触式检测技术,会给样品表面带来污染甚至损伤;光偏转检测技术的检测光束采用斜入射/反射的配置方式,存在探测光束扩散较大、探测点光斑聚焦效果差等不足,导致系统的测量精度较低。干涉仪技术有多种,如法布里-珀罗干涉仪、光学外差干涉仪、迈克尔逊干涉仪等,前两者目前能检测的带宽较低,导致系统精确度不高。差分共焦系统稳定性和测量带宽还有待提高。由于声表面波信号较为微弱,且振幅随着进入材料的深度增加而呈指数衰减,因此需要具有较高灵敏度的检测技术才能实现准确检测。在上述技术中,迈克尔逊干涉技术具有非接触、无损、高灵敏度、测量带宽大等优点,非常适用于声表面波检测。因此,本文致力于迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测系统的研究,以实现声表面波的准确检测。
　　本论文的主要研究工作有:
　　1、回顾了激光声表面波检测技术的国内外发展现状,并总结了这些技术中存在的问题,明确了课题的研究内容。
　　2、建立了声表面波仿真函数,并将其作为载荷信号,在ANSYS软件中对声表面波在含有表面微缺陷的样品表面上的传播过程进行了仿真,验证了声表面波用于微缺陷检测的可行性。同时,开发了声表面波色散曲线计算算法。
　　3、对不同型号的实验仪器,主要是脉冲激光器、He-Ne激光器及平衡光电探测器分别进行了测试与分析,确定了仪器的最佳选择方案。
　　4、搭建了光偏转检测系统并对声表面波进行检测,验证了激光声表面波的存在。然后,分别设计和搭建了经典和偏振式迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测系统,并进行了声表面波检测及实验结果分析。
　　5、总结与展望。对课题工作进行了总结,提出了经典和偏振式迈克尔逊干涉仪检测系统仍需改善的地方,并给出了建议。

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第一章 绪论

1.1激光声表面波技术概述

1.2激光声表面波检测技术的国内外发展现状

1.3课题目的及研究内容

第二章 迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测技术

2.1单色光的叠加和干涉

2.2迈克尔逊干涉仪

2.3迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测技术

2.4本章小结

第三章 声表面波仿真分析与信号处理算法

3.1声表面波仿真

3.2色散曲线计算

3.3本章小结

第四章 迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测系统设计、搭建和测试

4.1迈克尔逊干涉仪激光声表面波检测系统的设计

4.2实验仪器性能测试与选择

4.3样品准备

4.4偏转法激光声表面波检测

4.5系统的搭建和测试

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

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