激光聲表面波技術測量表面微裂紋的理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、在精密機械加工、薄膜材料生產、微系統(tǒng)和微電子制造等產業(yè)中，材料表面微裂紋的產生和生長很大程度上直接影響材料的特性和產品的最終性能。因此，實現材料表面微裂紋的無損檢測具有重要意義。作為一種新興的超聲檢測技術，激光聲表面波技術在檢測和分析樣品的表層特性方面具有獨特優(yōu)勢。本文從研究聲表面波的傳播理論出發(fā)，通過有限元仿真模擬波在具有微裂紋樣品表面的傳播情況，設計并搭建了具有差分配置的干涉儀法檢測聲表面波系統(tǒng)，實現了單一介質和分層介質中微裂紋信息

2、的測量。本文完成的主要工作如下：
　　一、結合彈性理論、波傳播理論、時頻域信號分析等，推導了在不同邊界條件下，聲表面波在各向同性和各向異性的單一介質中的傳播方程，建立了對應的計算模型；推導了聲表面波在薄膜材料和分層介質材料中的計算模型，研究了表層材料密度和楊氏模量對波傳播色散特性的影響。
　　二、建立脈沖激光激發(fā)聲表面波的仿真模型，研究了不同脈沖寬度、透射系數和散射系數等激光參數對激發(fā)波的影響；建立了基于位移函數的聲表面波包

3、絡和帶寬的數學模型，更為真實地反映波在具有單一裂紋和復數裂紋的金屬樣品表面的傳播情況；對仿真結果進行編程計算，繪制時頻域曲線，為實驗提供理論指導，同時與實驗結果相互驗證。
　　三、設計并搭建了具有差分配置的干涉儀法檢測聲表面波系統(tǒng)。對經典邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)進行了改進，使其能夠精確地檢測微弱的聲表面波信號；分析了系統(tǒng)的檢測原理，研究了系統(tǒng)光學結構搭建和光路校準的技術要點。搭建的新型檢測系統(tǒng)提高了整個測量系統(tǒng)的信噪比和穩(wěn)定性，進而提高