基于壓電檢測的光聲技術研究.pdf

1、無損檢測是科學研究、材料性能檢測、產品質量控制不可或缺的手段。作為無損檢測技術的新發(fā)展——光聲技術，由于其具有特異性強、靈敏度高、簡單可靠等特點，因此廣泛應用于材料成分分析、材料光學、熱學、結構、彈性性能檢測等領域，是目前無損檢測技術研究的熱點。本文基于壓電檢測方法，開展基于壓電檢測的光聲技術（光聲壓電技術、掃描光聲顯微鏡技術、光聲譜技術）的系列研究，對材料熱學特性、光吸收特性進行光聲無損表征，發(fā)展了基于壓電檢測的光聲技術，拓展了其應用

2、范圍。
　　首先，開展了光聲壓電技術及材料熱擴散率檢測研究，實現(xiàn)了材料熱擴散率光聲表征，具體工作包括以下幾方面：
　　1、開展了簡化熱彈頻域傳統(tǒng)光聲壓電技術對材料熱擴散率測量的應用研究，得到了技術適用范圍。通過對金屬（紫銅、鋁）、復合材料（釔鋁石榴石）熱擴散率檢測研究，表明頻域傳統(tǒng)光聲壓電技術可對彈性性能較強的材料進行有效測量，而對振動易受到壓電換能器影響的薄材料、軟材料則無法適用。
　　2、建立了時域光聲壓電熱擴散率

3、檢測理論，簡化了測試系統(tǒng)、實現(xiàn)了材料熱擴散率快速測量。利用傅里葉變換、基于簡化熱彈頻域傳統(tǒng)光聲壓電理論，建立了時域光聲壓電理論，并成功應用于金屬材料（紫銅、鎳及聚變堆所用結構材料——低活性鐵素體/馬氏體鋼 CLF-1）熱擴散率時域檢測研究，為材料的熱擴散特性研究提供了一種簡單、快速、有效的手段。
　　3、建立了頻域改進光聲壓電理論，首次實現(xiàn)了基于改進光聲壓電模型的薄材料、軟材料的熱擴散率有效測量。在頻域雙層模型的基礎上，對簡化熱彈

4、頻域光聲壓電理論進行了改進，考慮了壓電換能器對樣品振動的影響，得到了改進光聲壓電理論，并成功應用于薄金屬材料、豬組織及聚變堆所用結構材料（低活性鐵素體/馬氏體鋼 CLF-1）的等效熱擴散率測量，為材料熱擴散率檢測研究提供了一種較傳統(tǒng)光聲壓電技術更高精度的有效測量手段。
　　4、建立了時域改進光聲壓電理論，提高了時域光聲壓電技術的檢測精度。在時域光聲壓電熱擴散率測量理論的基礎上，引入頻域改進光聲壓電理論，建立了時域改進光聲壓電理論，

5、并成功應用于薄金屬鎳的熱擴散率時域檢測研究，提高了時域熱擴散率檢測精度。
　　其次，開展了基于壓電檢測的掃描光聲顯微鏡技術及材料熱擴散率成像研究，實現(xiàn)了材料熱擴散率分布成像光聲表征，具體工作包括以下幾方面：
　　1、搭建了光聲成像系統(tǒng)——掃描光聲顯微鏡。根據光聲成像理論，搭建了掃描光聲顯微鏡系統(tǒng)，開展了材料結構成像研究，對金屬鋁缺陷進行了光聲振幅、相位成像，驗證了成像系統(tǒng)的可靠性。
　　2、建立了掃描光聲熱擴散率分布成

6、像檢測方法，首次實現(xiàn)了材料熱擴散率分布光聲成像?；趻呙韫饴曪@微鏡系統(tǒng)，結合光聲壓電熱擴散率檢測理論，建立了掃描光聲熱擴散率分布成像檢測方法，并成功應用于均勻材料（紫銅、鋼）及非均勻材料（紫銅、焊錫及環(huán)氧樹脂組成）的熱擴散率分布成像研究，為材料熱擴散率分布成像提供了手段，同時拓展了光聲成像技術的應用方向。
　　最后，開展了基于壓電檢測的光聲譜技術及材料光吸收特性檢測研究，實現(xiàn)了材料光吸收特異性光聲表征，具體工作包括以下幾方面：

7、r>　　1、建立了無積分球式漫反射光譜測試方法，以中藥材為研究對象，實現(xiàn)了材料光吸收特異性光譜分析。搭建了紫外-可見光-近紅外漫反射光譜測試系統(tǒng)和中紅外透射光譜測試分析系統(tǒng)，開展了中藥材特異性檢測研究，對黃連等多種中藥材的光譜及導數光譜進行了檢測分析，表明通過光譜及導數光譜可表征中藥材特異性。
　　2、搭建了壓電式光聲譜檢測系統(tǒng)，首次運用于中藥材質量控制領域，實現(xiàn)了中藥材特異性光聲譜表征。設計和制作了壓電檢測固體光聲池，搭建了光聲