在现代工业生产领域中,经常遇到因材料缺陷问题,可能引发的产品安全事故。依据人类的视觉能力而言,无法发现的损伤,尤其是针对航天、军事和材料等高精尖领域而言,产品质量的高低直接影响人类的安全。为了实现材料探伤的目的,激发了人类对无损探伤的深入研究。在无损探伤领域中,激光超声技术是其中的研究重点之一。对于高寒高热等恶劣条件,激光超声技术,可对材料内部或外部存在的损伤实现非接触检测,操作方法简单,检测速度快,结果准确性高。正是源于该技术的众多探伤优势,所以使其广泛应用到各种工业领域。在激光超声技术对材料检测评估过程中,核心工作是对超声信号的提取和分析。针对现实生活中金属材料探伤的问题,本文基于激光超声技术,使用光学相干的方法检测和提取超声波在金属材料缺陷处的回波信号,通过对超声回波信号分析,实现金属材料的缺陷定位,在激光超声信号探伤的应用层面,做进一步的分析与研究,论文安排工作如下:第一章,主要介绍了激光超声探伤的背景与意义。简单描述了关于无损探伤的传统方法,详细介绍了激光超声技术的发展过程和重大的理论突破。对如今的超声检测技术做了进一步的描述,并思考其需要深入研究和攻克的技术难点。第二章,主要介绍了激光超声机理。选择激光作为激励源,研究金属材料中超声信号的发声机理,从热弹机理和烧蚀机理两个方向分别进行了描述。为了更好的理论分析,依据激光超声的热偶模型,分析激光强度、光斑大小和脉冲时间对超声信号的影响。其次是描述了超声波信号的具体特征,从理论分析的层面,具体研究超声信号的能量、幅值和传播方向等问题。第三章,主要内容为超声信号的检测技术原理说明。首先介绍了两种超声信号的检测方式,主要分为接触式检测和非接触式检测。接触式检测,主要为使用各种超声换能器,实现采集超声信号的目的。非接触式检测,主要是采用光学技术手段,采用非相干或相干的办法,实现超声信号的采集。其次是理论分析了缺陷回波探伤的原理和光外差干涉采集法的原理,为后面的实验研究奠定理论基础。第四章,主要介绍了检测系统的整体实验方案,根据前面介绍的技术手段和理论,设计实验方案,进行实验探究。主要介绍了实验方案中的各个模块,以及每个模块相对应的功能。硬件主要介绍了激光超声、光学相干、模拟信号处理三个问题。软件主要介绍了 FPGA逻辑电路设计和上位机功能设计。第五章,主要介绍搭建的实验测试平台,对设计的实验方案进行可行性验证。根据前面章节的理论基础和设计的实验方案,在实验室中进行还原与模拟。首先使用PZT检测法,用示波器采集超声信号的时域波形,作为光学检测结果的比对对象。其次是在基于激光超声技术之上,通过光学相干技术成功采集到超声信号在缺陷处的回波信号,实现了金属材料缺陷定位的功能,验证了该理论的实际应用价值。本文基于激光超声—光学相干检测超声回波的理论研究,利用光外差检测技术,实现了对金属材料缺陷处回波信号的采集。在真实实验环境中,首先将超声信号由模拟信号转换为高精度数字信号,将超声数字信号的数据样本进行数据存储和分析。基于FPGA高速运算实现超声信号转换为数字信号,高速缓存超声信号数字数据并发送到PC上位机。上位机根据被测材料的具体参数和超声信号的时域图形,通过具体运算实现缺陷定位功能,精度可达cm级别。与传统超声换能器的接收方式相比,探伤性能明显改善。综上所述,基于激光超声技术,光学相干检测和分析缺陷回波的方法可以实现无损探伤的功能,具有一定的工业应用价值。