發(fā)布時(shí)間：2017-04-02 04:10

  本文關(guān)鍵詞：基于光聲機(jī)理的激光超聲關(guān)鍵技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲檢測(cè)技術(shù)在醫(yī)療和工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著工業(yè)技術(shù)發(fā)展,在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)檢測(cè)技術(shù)的精度、有效性以及可靠性等方面提出了越來(lái)越高的要求。激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域的一種新技術(shù)手段,具有高精度、高靈敏度、高分辨率、無(wú)死區(qū)的優(yōu)勢(shì),并且可以實(shí)現(xiàn)非接觸式檢測(cè)。然而,由于目前激光超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有光聲能量轉(zhuǎn)換效率低的缺點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中為獲得理想幅值的超聲信號(hào)需要使用高功率密度激光,這通常會(huì)對(duì)檢測(cè)對(duì)象造成損壞。因此對(duì)光聲能量轉(zhuǎn)換效率的改進(jìn)技術(shù)成為近年來(lái)激光超聲領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。本文以激光超聲技術(shù)為基礎(chǔ),建立了接觸式激光激發(fā)超聲波的模型,系統(tǒng)地分析了激光特性與檢測(cè)對(duì)象特性對(duì)超聲產(chǎn)生的影響,設(shè)計(jì)了一種基于約束能量吸收層方式的接觸式激光激發(fā)超聲波的結(jié)構(gòu),旨在提高光聲能量的轉(zhuǎn)換效率,在不損壞檢測(cè)對(duì)象的前提下獲得理想幅值的超聲信號(hào),并推導(dǎo)了這種結(jié)構(gòu)相比直接在物體表面激發(fā)超聲波的光聲能量轉(zhuǎn)換效率的提高倍數(shù)。在建立的激光超聲模型的基礎(chǔ)上,利用ANSYS軟件對(duì)不同結(jié)構(gòu)的激光激發(fā)超聲過(guò)程進(jìn)行仿真,同時(shí)采用實(shí)驗(yàn)室具備的激光器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比確定最有效的激發(fā)結(jié)構(gòu)。接著,論文深入研究了激發(fā)結(jié)構(gòu)中各部分材料、幾何尺寸以及工工藝對(duì)激發(fā)超生的影響,設(shè)計(jì)了收發(fā)一體式后向接收的激光超聲探頭。最后,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)對(duì)激光超聲探頭的性能進(jìn)行了全面、直觀的驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:與激光直接在物體表面激發(fā)超聲波相比該激光超聲探頭擁有更高的幅值;與傳統(tǒng)壓電超聲相比激光超聲探頭有更高的頻帶,因此具有更高的檢測(cè)靈敏度、分辨力、精度。本文在提高光聲轉(zhuǎn)換效率方面展開(kāi)了深入的研究,并據(jù)此設(shè)計(jì)了高效率的收發(fā)一體式后向接收激光超聲探頭,為后續(xù)的掃查式檢測(cè)與成像提供了理論與技術(shù)基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：激光超聲 無(wú)損檢測(cè)技術(shù) 光聲轉(zhuǎn)換效率 后向式激光超聲探頭
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB302.5
【目錄】：

• 中文摘要4-5
• abstract5-10
• 注釋表10-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 論文研究意義11
• 1.2 論文研究背景11-13
• 1.3 激光超聲技術(shù)理論研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 激光超聲檢測(cè)技術(shù)的研究現(xiàn)狀14-15
• 1.5 論文研究安排15-17
• 第二章 激光激發(fā)超聲波的理論基礎(chǔ)17-32
• 2.1 激光能量吸收特性分析17-20
• 2.2 基于激光能量吸收的物體表面溫度場(chǎng)分析20-26
• 2.2.1 金屬物體表面溫度場(chǎng)分析20-25
• 2.2.2 非金屬物體表面溫度場(chǎng)分析25-26
• 2.3 激光照射物體表面后發(fā)生的物理現(xiàn)象26-31
• 2.3.1 熱彈效應(yīng)26
• 2.3.2 輻射壓效應(yīng)26-27
• 2.3.3 表面熔化效應(yīng)27
• 2.3.4 燒蝕、蒸發(fā)、等離子形態(tài)效應(yīng)27-29
• 2.3.5 在氣體與液體中激發(fā)超聲波29-30
• 2.3.6 外界溫度改變對(duì)激光超聲的影響30-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 基于表面約束的激光超聲仿真與實(shí)驗(yàn)32-52
• 3.1 激光超聲建模32-35
• 3.1.1 激光超聲 1D模型32-33
• 3.1.2 激光超聲 3D模型33-35
• 3.2 激光器參數(shù)分析35-37
• 3.2.1 激光波長(zhǎng)35-36
• 3.2.2 脈沖能量36
• 3.2.3 輻照區(qū)域與光束能量分布36
• 3.2.4 脈沖寬度與脈沖重復(fù)率36-37
• 3.3 激光激發(fā)超聲縱波的仿真與實(shí)驗(yàn)分析37-51
• 3.3.1 激光超聲仿真背景與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹37-38
• 3.3.2 樣件自由表面激發(fā)超聲的仿真與實(shí)驗(yàn)38-43
• 3.3.3 基于能量吸收層覆蓋的激發(fā)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)43-44
• 3.3.4 基于透明固體與液體約束層的激發(fā)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)44-45
• 3.3.5 基于約束液體層的激發(fā)結(jié)構(gòu)仿真與實(shí)驗(yàn)45-46
• 3.3.6 基于約束金屬薄膜層的激發(fā)結(jié)構(gòu)仿真與實(shí)驗(yàn)46-51
• 3.4 本章小結(jié)51-52
• 第四章 一體式后向接收激光超聲探頭設(shè)計(jì)52-61
• 4.1 兩種激光超聲探測(cè)模式對(duì)比分析52-53
• 4.2 一體式后向接收激光超聲探頭設(shè)計(jì)53-55
• 4.2.1 激光入射能量吸收層的角度54
• 4.2.2 石英塊幾何尺寸確定54-55
• 4.2.3 光纖與透鏡55
• 4.2.4 光纖與透鏡55
• 4.3 激光超聲的接收方法55-56
• 4.4 能量吸收層56-58
• 4.4.1 金屬膜層選擇56-57
• 4.4.2 金屬膜層加工方案設(shè)計(jì)57-58
• 4.4.3 約束液體層功能分析58
• 4.5 一體式后向接收激光超聲探頭模擬實(shí)驗(yàn)分析58-59
• 4.6 本章小結(jié)59-61
• 第五章總結(jié)與展望61-63
• 5.1 總結(jié)61
• 5.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 致謝66-67
• 在學(xué)期間的研究成果及學(xué)術(shù)論文情況67

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