Лазерлік ультрадыбыс: Материалды бұзбай тексеру әдісі
Laser ultrasonics
Лазерлік ультрадыбыс: материалдардың қалыңдығын, ақауларын анықтауға арналған қабыспайтын, бұзбас технология. Лазерлік инспекция, материалдарды сипаттау.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Лазерлік ультрадыбыс лазерлерді ультрадыбыстық толқындарды тудыру және анықтау үшін қолданады. Бұл материалдардың қалыңдығын өлшеу, кемшіліктерді табу және материалдарды зертеу үшін пайдаланылатын тігізбес әдіс. Лазерлік ультрадыбыстық жүйенің негізгі құралымдары – тудыру лазері, анықтау лазері және детектор.
Laser ultrasonics uses lasers to generate and detect ultrasonic waves. It is a non contact technique used to measure materials thickness, detect flaws and carry out materials characterization. The basic components of a laser ultrasonic system are a generation laser, a detection laser and a detector.
Ультрадыбыстық лазерлік техникамен жұмыс істеу
"Лазерлік ультрадыбыстық" техникасы, өлшеудің жағдайын өзгертпейтін әдістер, яғни "бұзбайтын сынау" (NDT) деп аталатын өлшеу техникаларының бір бөлігі болып табылады. Лазерлік ультрадыбыс – екі лазердің көмегімен ультрадыбыстық толқынды тудыру және өлшеуге негізделген, контактісіз ультрадыбыстық тексеру әдісі. Лазерлік импульс сынаманың бетіне бағытталады, ал бетпен өзара әрекеттесу нәтижесінде материал ішінде тарайтын ультрадыбыстық импульс пайда болады. Ультрадыбыс тудырған дірілдерді өзінен-өзі араластыратын виброметрмен өлшеуге болады: мүшежабдықтың жоғары өнімділігі ультрадыбыстық толқынды дәл өлшеуге және, демек, сынаманың қасиеттерін модельдеуге мүмкіндік береді. Лазер сәулесі материалдың бетіне түскен кезде, оның мінез-құлқы қолданылған лазердің қуатына байланысты өзгеруі мүмкін. Жоғары қуатты жағдайда, лазер мен бет арасындағы түйісу нүктесінде материалдың "абляциясы" немесе "булануы" жүреді: бұл материалдың шағын бөлігінің жоғалуына және бойлық қысылғандықтан туындаған шағын кері күшке әкеледі, ол ультрадыбыстық толқынның бастапқы көзі болып табылады. Бұл бойлық толқын лазер сәулесінің түсу бұрышына қарамастан, материалдың бетіне перпендикуляр бағытта тарайды: бұл толқынның таралу жылдамдығын білгенде, лазердің түсу бұрышына қарамастан материалдың қалыңдығын дәл бағалауға мүмкіндік береді. Материалды буландырумен қатарласатын жоғары қуатты лазерді қолдану, объектіден ультрадыбыстық жауап алудың ең тиімді жолы болып табылады. Алайда, бұзбайтын сынау шеңберінде қалу үшін, осы құбылыстан аулақ болу үшін төмен қуатты лазерлерді қолдану ұсынылады. Бұл жағдайда ультрадыбыс лазердің түсу нүктесін жергілікті қыздыру арқылы туындайды: толқынның пайда болу себебі енді материалдың жылулық кеңеюі болып табылады. Осылайша, бұрынғы жағдайға ұқсас бойлық толқындардың қана емес, материалға байланысты бетке перпендикуляр бағытпен бұрысқан көлденең толқындар да пайда болады. Бірнеше сәттен кейін жылу энергиясы тарап, бетінің зақымдануынсыз күйінде қалады: осылайша өлшеуді шексіз рет қайталауға болады (материалдың жылулық кернеуге жеткілікті төзімділігін ескере отырып) және осы технологияның қолданылу саласының көп бөлігінде қажетті бұзбайтын сипатқа ие болады. Объектінің қозғалысы сигналдың фазасын өзгертеді, оны оптикалық қабылдағыш тікелей анықтай алмайды: осы мақсатта фазалық модуляцияны алдымен амплитудалық модуляцияға (осы жағдайда жарық интенсивтілігінің модуляциясына) түрлендіру қажет. Ультрадыбысты оптикалық түрлендіру және анықтау, В және С скандары деп аталатын ультрадыбыстық кескіндерді жасауға және TOFD (ұшу уақыты дифракциясы) зерттеулеріне арналған сканерлеу әдістерін ұсынады. Композиттердегі кішігірім ақауларды (3 мм x 3 мм дейін) алғаш рет көрсеткендердің бірі 1993 жылы Деухерст пен Шан болды, олар 1994 жылы Американдық бұзбайтын сынау қоғамының үздік мақаласымен марапатталды. Осы кезеңде Канаданың Ұлттық зерттеу кеңесі және басқа да орындарда композиттік материалдарды тексеру саласында маңызды жетістіктерге қол жеткізілді. Әдебиетте осы технологияның көптеген қолданылу салалары сипатталған.
The "Laser Ultrasonic" technique is part of those measurement techniques known as "non destructive techniques or NDT", that is, methods which do not change the state of measurand itself. Laser ultrasonics is a contactless ultrasonic inspection technique based on excitation and ultrasound measurement using two lasers. A laser pulse is directed onto the sample under test and the interaction with the surface generates an ultrasonic pulse that propagates through the material. The reading of the vibrations produced by the ultrasounds can be subsequently measured by the self mixing vibrometer: the high performance of the instrument makes it suitable for an accurate measurement of the ultrasonic wave and therefore for a modeling of the characteristics of the sample. When the laser beam hits the surface of the material, its behavior may vary according to the power of the laser used. In the case of high power, there is a real "ablation" or "vaporization" of the material at the point of incidence between the laser and the surface: this causes the disappearance of a small portion of material and a small recall force, due to compression longitudinal, which would be the origin of the ultrasonic wave. This longitudinal wave tends to propagate in the normal direction to the surface of the material, regardless of the angle of incidence of the laser: this would allow to accurately estimate the thickness of the material, knowing the speed of propagation of the wave, without worrying about the angle of incidence. The use of a high power laser, with consequent vaporization of the material, is the optimal way to obtain an ultrasonic response from the object. However, to fall within the scope of non destructive measurements, it is preferred to avoid this phenomenon by using low power lasers. In this case, the generation of ultrasound takes place thanks to the local overheating of the point of incidence of the laser: the cause of wave generation is now the thermal expansion of the material. In this way there is both the generation of waves longitudinal, similarly to the previous case, and the generation of transverse waves, whose angle with the normal direction to the surface depends on the material. After a few moments the thermal energy dissipates, leaving the surface intact: in this way the measurement is repeatable an infinite number of times (assuming the use of a material sufficiently resistant to thermal stresses) and non destructive, as required in almost all areas of application of this technology. The movement of the object causes a shift in the phase of the signal, which cannot be identified directly by an optical receiver: to do this it is first necessary to transform the phase modulation into an amplitude modulation (in this case, in a modulation of luminous intensity ). Optical generation and detection of ultrasound offers scanning techniques to produce ultrasonic images known as B and C scans, and for TOFD (time of flight diffraction) studies. One of the first demonstrations on small defects (as small as 3mm x 3mm) in composites was demonstrated by Dewhurst and Shan in 1993, for which they were awarded an outstanding paper award by the American Society for Non Destructive Testing in 1994. This was also the time when significant developments on composite examinations were developed from the National Research Council of Canada and elsewhere. A wide range of applications have since been described in the literature.