【導(dǎo)讀】的活力，激光超聲技術(shù)就是在這種條件下產(chǎn)生的一項(xiàng)新技術(shù)。估的新興交叉學(xué)科。與傳統(tǒng)的壓電換能器技術(shù)相比,激光超聲最主要的優(yōu)點(diǎn)是非接觸檢。位移,所以是一種極有應(yīng)用前景的新的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。程應(yīng)用和科學(xué)測(cè)量中占有非常重要的地位。當(dāng)代工程中各種機(jī)械系統(tǒng)，如大型發(fā)電設(shè)備，由于振動(dòng)載荷加快了機(jī)械設(shè)備的失效，降低機(jī)器設(shè)備的使用壽命甚至導(dǎo)致?lián)p壞釀。成為當(dāng)前理論研究的熱點(diǎn)。目前對(duì)振動(dòng)的測(cè)量可以分為兩種方式：接觸式和非接觸式。接觸式測(cè)量方法是指將。傳感器在被測(cè)物體表面從而完成測(cè)量，

　　

【正文】 都有影響。再加上激光超聲的特點(diǎn)，它就能夠測(cè)量材料的以下各項(xiàng)特性： 尺寸特性，如厚度、高度等。用激光超聲可提高測(cè)量薄片的能力，幾微米厚的金屬片 ,測(cè)量誤差約 2％，并且可以進(jìn)行高溫在線(xiàn)測(cè)厚。 [27] 力學(xué)特性，如測(cè)量殘余應(yīng)力、彈性模量等。 缺陷檢測(cè)。因?yàn)榧す獬暀z測(cè)技術(shù)對(duì)包括縱波、橫波和表面波在內(nèi)的整個(gè)超聲波都是靈敏的，所以它可以通過(guò)選擇不同的波形，來(lái)探測(cè)體內(nèi)，表面和亞表面的缺陷。 薄膜、復(fù)合材料檢測(cè)，以及材料高溫特性等的研究 激光超聲技術(shù)為材料的無(wú)損評(píng)估提供了一種非接觸的，精確的測(cè)量超聲速度和衰減的新方法，它非常適用于常規(guī)壓電檢測(cè)技術(shù)難以檢測(cè)的薄膜、復(fù)合材料，以及材料的高 第 34 頁(yè) 共 37 頁(yè) 溫特性等的研究。 對(duì)于各向同性材料，利用激光超聲技術(shù)測(cè)量材料的縱波和表面波聲速，就可得到材料相應(yīng)的彈性常數(shù)。對(duì)于氮化硅，碳化硅，三氧化二鋁和二氧化鋯等陶瓷材料，利用激光超聲測(cè)定它們的楊氏模量和泊松比，精度可達(dá) l％。 利用 lamb 波技術(shù)可對(duì)薄膜材料進(jìn)行無(wú)損評(píng)估。像 AgAl2 O 3 金屬納米 陶瓷復(fù)合膜的彈性模量 呈現(xiàn)混合型規(guī)律；沉積的 CVD 金剛石膜的剛度與沉積工藝條件的關(guān)系等，都可以用激光超聲技術(shù)開(kāi)展研究。 利用激光超聲技術(shù)，測(cè)定沿不同方向傳播的 Lamb 波來(lái)確定各向異性薄膜中 a0 和 s0 等模式的頻散曲線(xiàn)，并與理論擬合來(lái)反演材料的彈性常數(shù)。 快速超聲掃描成像 由于超聲波的產(chǎn)生與接收均不需要耦合劑，而且激光的掃描速度也比機(jī)械式快許多，因此利用激光超聲系統(tǒng)很容易實(shí)現(xiàn)快速超聲掃描成像。如英國(guó)的 、 Q .Sha n 等利用波長(zhǎng)為 Q 開(kāi)關(guān) Nd:YAG 激光器作為激光光源（功率 2MW、脈寬 2 ns）在樣品表面產(chǎn)生超聲波，用共焦的法布里 珀羅標(biāo)準(zhǔn)具接收，對(duì)鋁板中的人工缺陷進(jìn)行了檢測(cè)，得到了令人滿(mǎn)意的缺陷圖象； 等把激光 /F P 系統(tǒng)安裝在飛機(jī)維修倉(cāng)庫(kù)中對(duì)飛機(jī)上的各個(gè)部件進(jìn)行了定位檢測(cè)和成像，一次掃描面積為674nmx390mm 等等。 存在的問(wèn)題 通過(guò)激光產(chǎn)生的超聲波進(jìn)行探測(cè)，是非接觸的，不存在耦合與匹配問(wèn)題，避免了對(duì)信號(hào)的各種干擾以及使用藕合劑對(duì)某些材料造成的污染問(wèn)題，同時(shí)也可以實(shí)現(xiàn)快速掃描和成像。從而擴(kuò)大了超聲檢測(cè)法的應(yīng)用領(lǐng)域，但也存在一些亟待解決的問(wèn)題。 [28] 光聲能量轉(zhuǎn)換效率低的問(wèn)題 增強(qiáng)激光超聲的強(qiáng)度就提高激光能量轉(zhuǎn)換到超聲能量的效率。但是，為不損傷被測(cè)件表面，不可以過(guò)大的增強(qiáng)激光輻射能量，可以從提高光的吸收效率來(lái)提高光聲轉(zhuǎn)換效率。現(xiàn)初步研究涂各種不同的液體涂層在試樣表面上，既可增強(qiáng)對(duì)光能量的吸收，也可以防止試樣表面損傷。 激光超聲信號(hào)檢測(cè)靈敏度問(wèn)題 在實(shí)驗(yàn)室里，為盡可能加大反射光的接收量。檢測(cè)樣品表面被高度拋光。然而在工作現(xiàn)場(chǎng)，表面會(huì)發(fā)生漫反射或很臟，這對(duì)許多領(lǐng)域的推廣應(yīng)用是臨界的，且大多數(shù)激光 第 35 頁(yè) 共 37 頁(yè) 超聲波系統(tǒng)的靈敏度在數(shù)量級(jí)上比常規(guī)超聲無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)要差些，如果激光超聲信號(hào)的檢測(cè)靈敏度特別高，反過(guò)來(lái)可以降低對(duì)激發(fā)超聲信號(hào)的激光功率的要求。 [29]由于換能器檢測(cè)的局限性，不太適合檢測(cè)激光超聲信號(hào)，而光學(xué)檢測(cè)法特別適合于窄脈沖激光產(chǎn)生的寬頻帶超聲檢測(cè)，因此，提高光學(xué)檢測(cè)法的靈敏度是目前發(fā)展趨勢(shì)之一。若上述兩個(gè)問(wèn)題得到解決，激 光超聲技術(shù)將得到更廣泛的應(yīng)用。 小結(jié) 激光測(cè)振與人類(lèi)的生產(chǎn)生活是息息相關(guān)的，在材料探傷、機(jī)械系統(tǒng)的故障診斷、噪聲消除、結(jié)構(gòu)件的動(dòng)態(tài)特性分析及振動(dòng)的有限元計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證等方面廣泛應(yīng)用。此項(xiàng)測(cè)量技術(shù)方法促使人類(lèi)的生產(chǎn)生活質(zhì)量向著更好更完善的方向發(fā)展，隨著激光 振動(dòng)測(cè)量技術(shù)的成熟與完善，高精度、高效率、低成本的測(cè)量方案必將實(shí)現(xiàn)并走向成熟。用普通振動(dòng)儀就很難對(duì)所需要測(cè)量的齒輪進(jìn)行準(zhǔn)確定位和測(cè)量，而使用激光射線(xiàn)方式，可以在很大距離范圍內(nèi)測(cè)量處在各種位置齒輪，不受距離、空間、濕度的影響。測(cè)量的結(jié)果可以通過(guò)軟件數(shù)據(jù)處理，直接和振動(dòng)烈度標(biāo)準(zhǔn)、頻率標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比判讀，大大方便測(cè)量工作人員作業(yè)。和普通振動(dòng)測(cè)量?jī)x不同，不僅可以測(cè)量齒輪的振動(dòng)程度和頻率，還可以測(cè)量作業(yè)中的齒輪的輪廓，從而檢測(cè)齒輪的損耗程度，對(duì)齒輪性能、安全進(jìn)行評(píng)估，使用軟件算法對(duì)齒輪耗損程度作出智能判斷和報(bào)警輸出。 [30]檢測(cè)過(guò)程不需要拆卸、接觸等麻煩工序，大大方便機(jī)械檢驗(yàn)工作，提高效率。使用所檢測(cè)出齒輪輪廓線(xiàn)，圖像還可以進(jìn)行在線(xiàn)顯示并保存?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的振動(dòng)幅值、頻率測(cè)量。使用激光進(jìn)行非接觸式測(cè)量，記錄被測(cè)體在振動(dòng)過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡，并用最大值減去最小值得到振幅。當(dāng)振幅超過(guò)界定值時(shí)，可通過(guò)軟件設(shè)置輸出報(bào)警信號(hào)。采樣頻率高，能精確還原被測(cè)體運(yùn)動(dòng)軌跡并通過(guò) 圖像 顯示出來(lái)。傳統(tǒng)振動(dòng)測(cè)量?jī)x都會(huì)收電 機(jī)和機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的影響，測(cè)量系統(tǒng)使用各種濾波器，使測(cè)量結(jié)果更加穩(wěn)定準(zhǔn)確。還可以測(cè)量高頻振動(dòng)加速度峰值和平均值，測(cè)量低頻振動(dòng)速度有效值。 [31]所以說(shuō)不管是激光測(cè)振技術(shù)與人類(lèi)生活息息相關(guān)，很大程度上保證了工程質(zhì)量、機(jī)械質(zhì)量，讓人們的生活更加安全放心。 第 36 頁(yè) 共 37 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) [1] Achenbach JD． Wave Propagation in Elastic Solids [M]． Amsterdam：NorthHolland Press， 1973． [2] Andersen J， Nerenst P． Wave velocity in concrete[J]． Journal of the American Concrete Institute， 1952， (23)： 613— 635． [3] Pratt,D,SansaloneMJ, Impactecho signal interpretation using artificial intelligence[J]． AC I Materials Journal， 1992， 89(2)： 178— 187． [4] Lin Y， Sansalone MJ． Detecting flaws in concrete beams andcolumns using the impact— echo method[J]． AC I Materials Journal， 1992， 89(4)： 394— 405． [5] Sansalone MJ， Streett WB． Impact— echo： Nondestructive Evaluation of Concrete and Masonry[M]． New York： Bullbrier Press， 1997． [6] 王宏禹，邱天爽．自適應(yīng)噪聲抵消與時(shí)間延遲估計(jì) [M]．大連：大連理工大 學(xué)出版社， 1999． [7] C. 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[31] RJ． Dewhurst,Q． Shan． “ Optical remote measurement of ultrasound” ,Meas Sci． Technal 10： 139168(1999). 第 39 頁(yè) 共 37 頁(yè) 致 謝 本課題的全部工作是在我的導(dǎo)師 王洪福 教授的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的。在這半年中，導(dǎo)師在我的學(xué)業(yè)和生活 上傾入了大量的心血，付出了十分感人的勞動(dòng)，這些都使我受益匪淺。王 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，認(rèn)真的工作作風(fēng)，對(duì)科學(xué)孜孜不倦的追求以及真誠(chéng)、和藹的待人態(tài)度．永遠(yuǎn)是我學(xué)楷模。謹(jǐn)此致以崇高的敬意和由衷的感謝！ 在學(xué)習(xí)期間，得到了 同學(xué)們 在學(xué)習(xí)上給予過(guò)我的幫助和指導(dǎo)，在生活上還得到了同寢室其他同學(xué)的幫助和支持，在此深表感謝！ 特別地，我要感謝我的家人和朋友！為了保證我能順利完成學(xué)業(yè)，他們給大的理解、鼓勵(lì)和支持 ，并為此做出很多的奉獻(xiàn)與犧牲。 最后，在此也感謝各位學(xué)術(shù)前輩對(duì)本文的評(píng)議和指導(dǎo)！ 第 40 頁(yè) 共 37 頁(yè) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布