【正文】 式可寫為： () 式中，fB為80MHz，u( t) 為超聲振動(dòng)位移，A、為初始相位。布拉格器件還有一個(gè)輸出端口可以輸出80MHz的標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)，其表達(dá)式為 ()式中，fs =fB =80MHz。在實(shí)驗(yàn)中，信號(hào)處理電路可由放大器、相敏檢波器(乘法器)和低通濾波器等部分組成。放大器 相敏檢測(cè)器 低通濾波器 U(t) w(t) I(t) 待測(cè)信號(hào)u(t)經(jīng)過(guò)放大后與參考信號(hào)w(t)在相敏檢波器處相乘并整理可得 ()調(diào)整相位使與 相差900, 并通過(guò)低通濾波器濾除上式的第一項(xiàng), 又(4π/λ)u( t)很小以致接近于0, 所以可得 ()因此, 輸出電流正比于[其中比例系數(shù)K=(2π/λ)AA1]超聲振動(dòng)位移，據(jù)此可檢測(cè)超聲信息。 光外差干涉法檢測(cè)激光超聲原理傳統(tǒng)上，超聲檢測(cè)(非接觸技術(shù)可以在樣品中只用激光產(chǎn)生和檢測(cè)超聲)要求將超聲傳感器與待測(cè)物體相連接；或至少通過(guò)介質(zhì)(如：水)進(jìn)行傳導(dǎo)。大約持續(xù)10 ns的高能紫外激光脈沖以待測(cè)物的一側(cè)為目標(biāo)。突然的熱膨脹產(chǎn)生一個(gè)超聲脈沖，它在待測(cè)物中穿過(guò)，撞擊到另一側(cè)，產(chǎn)生表面波動(dòng)。第二個(gè)紅外激光束從這個(gè)波動(dòng)表面反射出去到達(dá)干涉儀，在干涉儀中與一個(gè)參考光束相結(jié)合。干涉儀的電壓輸出信號(hào)提供了一個(gè)從該表面來(lái)的超聲位移信號(hào)。掃描激光超聲系統(tǒng)用于對(duì)結(jié)構(gòu)巨大的物體，如飛機(jī)機(jī)身進(jìn)行非接觸檢測(cè)。由于其超聲頻率激發(fā)帶寬為100 MHz或更大，激光超聲也是材料估的一個(gè)有力方法。隨著超聲頻率增加，衰減也增加，波長(zhǎng)低于微型結(jié)構(gòu)晶粒大小。100 MHz頻率的超聲波長(zhǎng)有幾十微米，可以用于金屬中的晶粒尺寸。因此，研究頻率與超聲衰減的依存關(guān)系，激光超聲光譜可以跟蹤不同處理過(guò)程中微型結(jié)構(gòu)的演化。要達(dá)到100 MHz或更高的超聲頻率，激光超聲系統(tǒng)通常要求采樣率很高的數(shù)字化儀(1 GS/s或更高)。同時(shí)要求高分辨率，高采樣率通常將數(shù)字化儀限制在8 bits?？焖僦貜?fù)信號(hào)采集要求信號(hào)平均，快速掃描，或跟上快速材料加工速度。正如在其它光譜應(yīng)用中，基于PC的高性能數(shù)字化儀提供了高重復(fù)率，其限制因素僅為激光脈沖重復(fù)頻率。當(dāng)將激活物質(zhì)放在兩個(gè)互相平行的反射鏡（其中一片100%反射另一片50%透射鏡）就可構(gòu)成的光學(xué)諧振腔，在這光學(xué)諧振腔內(nèi)，非軸向傳播的單色光譜被排出諧振腔外；軸向傳播的單色光譜在腔內(nèi)往返傳播。當(dāng)單色光譜在激光物質(zhì)中往返傳播時(shí)，稱為諧振腔內(nèi)“自激振蕩”。當(dāng)泵浦燈提供足夠的高能級(jí)的原子在激光物質(zhì)內(nèi)，具有高能級(jí)的原子在兩能級(jí)間存在著自發(fā)發(fā)射躍遷、受激發(fā)射躍遷和受激吸收躍遷等三種過(guò)程。受激發(fā)射躍遷所產(chǎn)生的受激發(fā)射光，與入射光具有相同的頻率、相位。當(dāng)光重復(fù)在諧振腔內(nèi)通過(guò)“粒子數(shù)反轉(zhuǎn)狀態(tài)”的激活物質(zhì)后，相同頻率單色光譜的光強(qiáng)被增大生成了激光，激光高滲透率就能透過(guò)諧振腔內(nèi)50%的透射鏡里發(fā)射出來(lái)，成為連續(xù)式激光。，圖中主要由頻移裝置，連續(xù)激光器，分光鏡，反光鏡，激光超聲源，光電探測(cè)器，信號(hào)處理器，示波器等部分組成。頻移裝置 樣品 連續(xù)激光器 信號(hào)處理器 示波器 光電探測(cè)器 反光鏡M1 反光鏡M2 分光鏡 光外差干涉法檢測(cè)激光超聲的原理圖相對(duì)于傳統(tǒng)的線偏振光外差干涉系統(tǒng), 此系統(tǒng)做了以下創(chuàng)新性的改進(jìn), 以克服傳統(tǒng)外差系統(tǒng)空間準(zhǔn)直性差、干涉信號(hào)強(qiáng)度弱的缺點(diǎn), 從而滿足檢測(cè)超聲信號(hào)的要求。(1)光源發(fā)出的線偏振光經(jīng)過(guò)聲光移頻器、不可避免地出現(xiàn)了很多的雜光光斑，形成光學(xué)噪聲。為此， 恰好可以通過(guò)聲光移頻器分出的兩束光( 0級(jí)光和1級(jí)光)，這樣避免了雜光以及回授光的影響。(2)1級(jí)光在進(jìn)入偏振分光棱鏡( PBS)之前的光路，但實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)時(shí)，干涉光的重合性很難保證，嚴(yán)重影響干涉信號(hào)強(qiáng)度。為此，雖然光學(xué)器件數(shù)多，但便于調(diào)節(jié)，實(shí)踐證明靈敏度也較高。(3)參考光和信號(hào)光分別通過(guò)透射和反射經(jīng)過(guò)偏振分光鏡后, 傳統(tǒng)的方法用第二個(gè)偏振分光鏡使其二者的投影發(fā)生干涉，本文直接用檢偏器代替，并加入了透鏡聚焦，從而在保證靈敏度的基礎(chǔ)上降低了成本。 系統(tǒng)結(jié)果。當(dāng)外加信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電源作用到聲光器件時(shí)，超聲強(qiáng)度隨此信號(hào)變化，衍射光強(qiáng)也隨之變化，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光的振幅或強(qiáng)度調(diào)制；當(dāng)外加信號(hào)僅為載波頻率且不隨時(shí)間變化時(shí)，衍射光的頻率發(fā)生變化而達(dá)到移頻。光調(diào)制信號(hào)fm 輸出光信號(hào) 頻移裝置工作圖。由圖可以看出，衍射效率hs與超聲功率Ps是非線性調(diào)制曲線形式，為了使調(diào)制波不發(fā)生畸變，則需要加超聲偏置，使其工作在線性較好的區(qū)域。在聲功率Ps(或聲強(qiáng)Is)較小的情況下，衍射效率hs隨聲強(qiáng)度Is單調(diào)地增加(近似呈線性關(guān)系)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可知，若對(duì)聲強(qiáng)加以調(diào)制，衍射光強(qiáng)也就受到了調(diào)制。布喇格衍射由于效率高，且調(diào)制帶寬較寬，取得了較理想的結(jié)果。hs t Ps Id(fm) fm(Is)0 聲光調(diào)制特性曲線圖經(jīng)過(guò)以上光路的調(diào)試，在示波器上。它的頻率是39. 56MHz, 與理想的40MHz相比誤差只有0. 1%，接近60mV。 激光外差干涉法檢測(cè)超聲波結(jié)果圖 本章小結(jié)激光超聲是近些年發(fā)展起來(lái)的一種新的無(wú)損探傷技術(shù)。具有非接觸、寬帶等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文基于傳統(tǒng)的外差干涉系統(tǒng)，作了一些光路系統(tǒng)上的創(chuàng)新性改進(jìn)。并根據(jù)0級(jí)光和1級(jí)光并非完全理想偏振的特點(diǎn)，提出了一種保證空間準(zhǔn)直性好的調(diào)試光路方法。結(jié)果表明，整個(gè)系統(tǒng)性能良好、靈敏度高，得到了較強(qiáng)的外差干涉信號(hào)，而且調(diào)試方便、成本較低、性價(jià)比高，很適合、激光超聲信號(hào)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室研究。5 總結(jié) 主要工作目前主要供應(yīng)自由空間式聲光調(diào)制器和光纖耦合聲光調(diào)制器。實(shí)踐當(dāng)中發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的方法調(diào)節(jié)時(shí)，干涉光的重合性很難保證，嚴(yán)重影響干涉信號(hào)強(qiáng)度。為此，本文基于傳統(tǒng)的外差干涉系統(tǒng)中的不完善，學(xué)習(xí)并提出了了一些光路系統(tǒng)上的創(chuàng)新性改進(jìn)；從而達(dá)到利用光外差干涉技術(shù)對(duì)激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)進(jìn)行研究的目的。主要完成的工作有：（1） 對(duì)激光超聲檢測(cè)原理技術(shù)的學(xué)習(xí)和研究其現(xiàn)狀；（2） 本文所提出的激光外差干涉檢測(cè)技術(shù)即能夠詳細(xì)較強(qiáng)的外差干涉信號(hào), 而且調(diào)試方便、成本較低、性價(jià)比高, 很適合、激光超聲信號(hào)檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)室研究；（3） 在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中學(xué)會(huì)了超聲波，和掌握Nd:YAG激光器激勵(lì)超聲波的工作原理的同時(shí)，采用大約持續(xù)10 ns的高能紫外激光脈沖并以待測(cè)物的一側(cè)為目標(biāo)；（4） 本文基于聲光調(diào)制器后的激光束將產(chǎn)生一級(jí)光衍射，即當(dāng)光經(jīng)過(guò)這種分層結(jié)構(gòu)時(shí)，就發(fā)生衍射，引起光強(qiáng)度、頻率和方向隨超聲場(chǎng)的變化。從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中的聲光調(diào)制；（5） 本文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了外差干涉系統(tǒng)分析，根據(jù)0級(jí)光和1級(jí)光并非完全理想偏振的特點(diǎn)，提出了一種保證空間準(zhǔn)直性好的調(diào)試光路方法；（6） 在實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析后，系統(tǒng)檢測(cè)后，示波器給出波形圖以表明整個(gè)系統(tǒng)性能良好、靈敏度高，得到了較理想的外差干涉信號(hào)。 系統(tǒng)存在問(wèn)題本文實(shí)現(xiàn)的激光外差干涉檢測(cè)超聲波的系統(tǒng)，在特殊條件時(shí)可能包含了些無(wú)用的噪聲。當(dāng)記錄的樣品結(jié)構(gòu)較復(fù)雜時(shí)，在采集時(shí)容易浪費(fèi)系統(tǒng)資源。而且光外差干涉檢測(cè)在手動(dòng)分析龐大數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)其他可能性的操作難以較好的控制。當(dāng)本文所述系統(tǒng)手工分析到的外差干涉信號(hào)時(shí)，卻不能將其波形產(chǎn)生的相關(guān)參數(shù)詳細(xì)和有序的記錄，則將影響到系統(tǒng)的應(yīng)用功能。本系統(tǒng)的這些局限應(yīng)日后加以改善。參 考 文 獻(xiàn)[1] [M].北京:兵器工業(yè)出版社,2002,(6):54157[2] [J].上海計(jì)量測(cè)試,2003,30(1):47.[3] [J].應(yīng)用聲學(xué),1992,11(4):1 6.[4] LI X F, WANG CH, XIANG H B, et al. finite element simulation of ultrasonic guided waves generated by a pulsed laser in human skin [J]. 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