无损检测的激光超声相干探测系统研究与实现

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激光超声检测技术以非接触、远距离遥测、高灵敏度及高的时空分辨率等优点在无损检测领域中迅速发展并得到工程应用。它是现代激光技术与超声学相结合而产生的新型学科,利用激光脉冲激发并检测超声信号以实现无损检测,对复杂的检测环境具有极强的抗干扰能力,这是一项十分引人注目的新技术,在现代工业的各个方面都有着广泛的应用前景。  针对传统激光干涉检测系统光学结构调整复杂,光束准直和干涉条件限制,受背景杂光和大气扰动的影响,造成系统输出基底噪声增加及抖动现象,本文将激光注入光纤和相干探测技术应用在激光超声无损检测系统中,可以抑制光信号在空间传输时大气扰动引入的噪声,降低输出信号抖动,提高检测缺陷回波信号的灵敏度。并通过数据采集与LabVIEW图形化编程设计的上位机界面,对信号特性进行分析和处理。搭建激光超声无损检测系统,进行系统性能测试与分析,论文主要研究内容如下:  (1)分析了激光超声检测的原理、方法及特点,探讨了激光激发超声的两种机制,同时对激光超声信号的特性及传输过程进行描述。  (2)阐述了相干探测在微弱信号探测中具有的优势,并对其关键技术进行分析,探讨整个激光超声检测过程中产生噪声的原因,提出技术解决方法,为系统设计提供理论依据。  (3)采用模块化设计思路进行基于LabVIEW的激光超声检测系统软件设计,主要包括数据采集、数据分析及数据处理三个模块,为超声信号检测分析构建一个直观简捷的人机交互界面。  (4)依据系统相关技术原理,搭建激光超声无损检测系统,分析入射脉冲激光能量、光斑直径及探测点位置变化对激光超声信号的影响,探讨超声回波信号与材料缺陷的对应关系。  本文对非接触式的激光超声无损检测系统进行了理论和实验研究,完成了激光超声激励、激光注入光纤、相干平衡探测与LabVIEW的上位机信号图形和数据分析存储,验证了激光超声无损检测对噪声有较好的抑制作用,其检测性能明显改善,有效地检测出材料的人工缺陷,为工程应用提供一种新的测量方法。
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