激光聲表面波技術(shù)測量表面微裂紋的理論與系統(tǒng)研究.pdf

1、在精密機(jī)械加工、薄膜材料生產(chǎn)、微系統(tǒng)和微電子制造等產(chǎn)業(yè)中，材料表面微裂紋的產(chǎn)生和生長很大程度上直接影響材料的特性和產(chǎn)品的最終性能。因此，實(shí)現(xiàn)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(shù)，激光聲表面波技術(shù)在檢測和分析樣品的表層特性方面具有獨(dú)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(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了單一介質(zhì)和分層介質(zhì)中微裂紋信息

2、的測量。本文完成的主要工作如下：
　　一、結(jié)合彈性理論、波傳播理論、時(shí)頻域信號(hào)分析等，推導(dǎo)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(zhì)中的傳播方程，建立了對(duì)應(yīng)的計(jì)算模型；推導(dǎo)了聲表面波在薄膜材料和分層介質(zhì)材料中的計(jì)算模型，研究了表層材料密度和楊氏模量對(duì)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(shù)和散射系數(shù)等激光參數(shù)對(duì)激發(fā)波的影響；建立了基于位移函數(shù)的聲表面波包

3、絡(luò)和帶寬的數(shù)學(xué)模型，更為真實(shí)地反映波在具有單一裂紋和復(fù)數(shù)裂紋的金屬樣品表面的傳播情況；對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行編程計(jì)算，繪制時(shí)頻域曲線，為實(shí)驗(yàn)提供理論指導(dǎo)，同時(shí)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證。
　　三、設(shè)計(jì)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(duì)經(jīng)典邁克爾遜干涉儀系統(tǒng)進(jìn)行了改進(jìn)，使其能夠精確地檢測微弱的聲表面波信號(hào)；分析了系統(tǒng)的檢測原理，研究了系統(tǒng)光學(xué)結(jié)構(gòu)搭建和光路校準(zhǔn)的技術(shù)要點(diǎn)。搭建的新型檢測系統(tǒng)提高了整個(gè)測量系統(tǒng)的信噪比和穩(wěn)定性，進(jìn)而提高