適用于不同類型樣品檢測的激光聲表面波技術(shù)及系統(tǒng)研究.pdf

1、適用于不同類型樣品檢測的激光聲表面波技術(shù)及系統(tǒng)研究ResearchonLaserinducedSurfaceAcousticWaveTechnologyforVariousMediaTesting學(xué)科專業(yè)：儀器科學(xué)與技術(shù)研究生：李婷婷指導(dǎo)教師：傅星教授DanteDorantes教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一五年十二月一苓一丑年T一月摘要隨著我國工業(yè)技術(shù)水平的快速發(fā)展與進(jìn)步，對材料的質(zhì)量的要求也越來越高。在各個行業(yè)領(lǐng)域中，材料

2、和器件中表面和亞表面的完整性會影響和決定系統(tǒng)和儀器設(shè)備的工作效率以及運(yùn)行壽命。此外，隨著中國工業(yè)的高速發(fā)展，空氣及水源污染問題也變得日益嚴(yán)峻。環(huán)境污染導(dǎo)致了某些疾病的高發(fā)，皮膚病即是受環(huán)境因素誘導(dǎo)的典型疾病之一。近年來，中國居民的皮膚病發(fā)病率逐年上升，且新增病例呈年輕化趨勢。因此實(shí)現(xiàn)對材料表面裂紋和皮膚表面病變的無損檢測尤為重要。激光聲表面波技術(shù)作為一種無損檢測技術(shù)，其特別適合應(yīng)用于對材料表面特征進(jìn)行檢測，因此本文的主要工作有：1、對激

3、光聲表面波檢測技術(shù)在國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了探究，在此基礎(chǔ)上總結(jié)了已有技術(shù)的不足，從而確立了課題的研究內(nèi)容與研究目標(biāo)。2、基于ANSYS軟件，利用有限元熱應(yīng)力仿真技術(shù)探究了聲表面波的激發(fā)源一一脈沖激光的參數(shù)，包括脈沖能量、上升時間、光束半徑、吸收系數(shù)和散射系數(shù)對在皮膚表面激發(fā)的聲表面波振幅與帶寬的影響，并給出了激發(fā)大振幅高頻聲表面波的最優(yōu)參數(shù)范圍，并使用最優(yōu)參數(shù)下的脈沖激光在具有表面黑色素瘤皮膚模型表面進(jìn)行聲表面波的激發(fā)，通過信號的色散曲

4、線獲得了最小黑色素瘤尺寸與網(wǎng)格尺寸的關(guān)系，驗(yàn)證了激光聲表面波用于皮膚表面病變檢測的可行性；3、基于ANSYS軟件，利用有限元結(jié)構(gòu)仿真技術(shù)探究了鋁材料表面不同深度的表面單裂紋對聲表面波傳播的影響，同尺寸不同數(shù)目的表面多裂紋對聲表面波傳播的影響，并繪制了傳播經(jīng)過不同數(shù)目的裂紋后的聲表面波色散曲線，由色散曲線的傾斜程度可大致判斷裂紋的數(shù)目。4、設(shè)計(jì)并搭建了經(jīng)典邁克遜干涉儀差分檢測系統(tǒng)和偏振邁克遜干涉儀差分檢測系統(tǒng)，并對兩套系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了

5、介紹。兩套檢測系統(tǒng)均包括聲表面激發(fā)單元、聲表面波檢測單元和信號采集與處理單元，其中偏振系統(tǒng)在傳統(tǒng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加了起偏器、k／4波片和L／2波片，并將分光鏡替換為偏振分光鏡，故偏振系統(tǒng)中的光束為偏振光，使得偏振系統(tǒng)在消除共模噪聲和增強(qiáng)信號方面具有顯著效果。同時設(shè)計(jì)了FIR數(shù)字低通濾波器，較好地濾除了系統(tǒng)檢測到的聲表面波信號中的高頻噪聲。5、通過處理實(shí)驗(yàn)測試得到的數(shù)據(jù)，計(jì)算得到了聲表面波在鋁、銅、鋼三種金屬樣品中的傳播速度，并與理論計(jì)算得