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挚感光子测量脉冲激光激发超声表面波在铝板背部的传播特性

2024-07-23
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挚感光子激光测振仪


挚感光子测量脉冲激光激发超声表面波在铝板背部的传播特性

Science & Technology



激光超声探测技术

激光超声探测技术是一种结合了激光技术与超声波技术的先进无损检测方法。激光超声探测的原理主要包括激光发生和超声波探测两个重要部分。

激光激发 利用高能脉冲激光束照射被检测材料表面,激光能量被材料吸收后转换为热能,引起材料局部瞬间膨胀,从而在材料内部产生超声波。

超声波传播: 产生的超声波会在材料内部以横波和纵波形式传播,其传播特性(如速度、衰减等)会受到材料内部结构(如缺陷、异物等)的影响。

超声波检测: 利用另一激光(或接触式/非接触式传感器)来探测经过材料内部结构影响后的超声波信号。通过分析这些信号,可以评估材料的内部特性。

激光超声测量的高精度和高灵敏度使其能够在极小的区域内进行精确的缺陷检测和结构分析。这种高分辨率的探测能力对于半导体制造、精密工程以及科研中的材料性能分析等领域至关重要,可以揭示微小的缺陷和不规则性。


挚感光子MotionGo Plus在铝板超声表面波测量中的应用与分析


在这个案例中,我们详细探讨了挚感光子MotionGo Plus的应用,测量和分析通过脉冲激光激发在铝板上产生的超声表面波。

1.实验原理

利用高频激光脉冲轰击铝板正面,激光的能量被铝板表面吸收后,迅速转化为热能,导致材料局部膨胀。此瞬间膨胀引起的热应力和应变变化,是超声波产生的关键因素。产生的超声波在铝板内部沿两种主要模式传播:横波(剪切波)和纵波(压缩波)。横波的传播速度通常低于纵波。在实际应用中,分析这些波动行为可以揭示材料的内部结构特性,如缺陷位置、大小及其他重要的物理特性。

2.数据采集与分析

实验开始时,在铝板的背面放置了MotionGo Plus设备,用以测量高频脉冲激发产生的振动信号。MotionGo Plus的高灵敏度使其能够精确捕捉微弱振动信号。该设备通过接收来自高能脉冲激光器的时钟信号进行触发,实现同步采集,确保测量数据的时序精确无误。通过同步采集,可以精确记录超声波到达铝板背面的具体时刻,这对于后续的数据分析至关重要。

3.实验步骤及结果

上图显示了在一个位置测量到的脉冲超声信号。此位置上的脉冲半峰值约为1.2nm,持续时间约为50μs。脉冲前后的信号差异揭示了热应力在材料内部的特征。从不同位置获得的脉冲超声信号幅度的差异,提供了关于铝板内部结构特性的重要线索。信号幅度的差异可能指示材料内部的非均匀性,如密度变化、孔洞或裂缝等缺陷。系统分析这些信号差异,可以定位和描述缺陷的位置和大小,为材料的质量控制和后续处理提供依据。

通过比较不同点位置的时间信号,还可以获得超声波在材料中的传播速度。激光测振仪首先垂直对准铝板背面,定位激光脉冲轰击位置,然后平移18cm,再次测量脉冲超声信号,通过传播时间延迟计算横波传播速度,粗略测得为3500 m/s。

然后,移动传感器到铝板侧边测量,先靠近激光脉冲位置进行测量,再移动激光脉冲位置到距离铝板侧边约10cm处,比较传播时间延迟,测得纵波传播速度约为5800 m/s。

上图为纵波测量的实验装置图。通过这些步骤,实验详细分析了脉冲激光激发在铝板上产生的超声表面波,为材料的内部结构特性提供了丰富的数据和洞察。

4.总结

挚感光子最近推出的MotionGo Plus高频激光多普勒测振仪为目前激光超声探测提供了一个可行的方案。MotionGo Plus针对高频测试优化了高频段的噪声性能,采用了低噪声的高性能高功率激光器。在高频段,比MotionGo拥有更好的底噪,在时域能测量到纳米以下的振动信号,在频域能精确测试DC到25MHz的振动信号。

Science Technology



挚感(苏州) 光子科技有限公司成立于2018年。公司基于核心团队在光电通信领域的深厚技术积累,致力于研发基于集成光学和相干通信的高端激光传感技术,以期颠覆传统的工业高精密传感技术,成为全球领先的集成相干光学传感器企业。目前公司开发的各类高性能、小型化、低功耗、高性价比的激光传感器,正逐步应用于航空航天、精密制造、半导体、机器视觉、自动驾驶等新兴领域。公司拥有完整的自主知识产权,产品实现从光电芯片到模组、算法、软件和系统应用的垂直整合。

挚感光子还在不断推出各类激光传感器,丰富产品线,并满足客户化的产品定制需求,提供专业应用与集成方案。欲了解详情,请登录我们的网站www.osphotonics.com,或联系市场部sales@osphotonics.com,热线电话:4006-899-870,感谢您的关注!


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