Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Введение
Лазерная ультразвуковая техника использует лазеры для генерации и детектирования ультразвуковых волн. Это бесконтактный метод, применяемый для измерения толщины материалов, выявления дефектов и проведения характеризации материалов. Основными компонентами лазерной ультразвуковой системы являются генераторный лазер, лазер для детектирования и 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.
Ультразвуковая лазерная техника
Техника "лазерного ультразвука" относится к методам измерения, известным как "неразрушающие методы контроля" или НДК, то есть к методам, не изменяющим состояние контролируемого объекта. Лазерная ультразвуковая техника – это бесконтактный метод ультразвукового контроля, основанный на возбуждении и измерении ультразвука с помощью двух лазеров. Лазерный импульс направляется на испытываемый образец, и взаимодействие с поверхностью генерирует ультразвуковой импульс, распространяющийся в материале. Вибрации, вызванные ультразвуком, могут быть впоследствии измерены с помощью виброметра с самосмешением: высокая производительность прибора обеспечивает точное измерение ультразвуковой волны и, следовательно, моделирование характеристик образца. При попадании лазерного луча на поверхность материала его поведение может меняться в зависимости от мощности лазера. В случае высокой мощности происходит реальная "абляция" или "испарение" материала в точке контакта лазера с поверхностью: это приводит к исчезновению небольшой части материала и возникновению силы отталкивания, обусловленной продольным сжатием, которое является источником ультразвуковой волны. Эта продольная волна стремится распространяться перпендикулярно поверхности материала, независимо от угла падения лазера, что позволяет точно оценить толщину материала, зная скорость распространения волны, без учета угла падения. Использование лазера высокой мощности, приводящего к испарению материала, является оптимальным способом получения ультразвукового отклика от объекта. Однако, для соответствия требованиям неразрушающего контроля, предпочтительнее избегать этого явления, используя лазеры малой мощности. В этом случае генерация ультразвука происходит за счет локального перегрева точки контакта лазера: причиной возникновения волны является теперь тепловое расширение материала. Таким образом, происходит генерация как продольных волн, аналогично предыдущему случаю, так и поперечных волн, угол которых относительно нормали к поверхности зависит от материала. Через некоторое время тепловая энергия рассеивается, не повреждая поверхность: таким образом, измерение можно повторять неограниченное количество раз (при условии использования материала, достаточно устойчивого к термическим напряжениям) и является неразрушающим, как того требуют практически все области применения этой технологии. Движение объекта вызывает сдвиг фазы сигнала, который нельзя непосредственно определить с помощью оптического приемника: для этого необходимо сначала преобразовать фазовую модуляцию в амплитудную модуляцию (в данном случае, в модуляцию световой интенсивности). Оптическая генерация и детектирование ультразвука позволяет использовать методы сканирования для получения ультразвуковых изображений, известных как B- и C-сканирование, а также для исследований методом TOFD (дифракция по времени пролета). Одно из первых применений для обнаружения небольших дефектов (размером всего 3 мм x 3 мм) в композиционных материалах было продемонстрировано Дьюхерстом и Шаном в 1993 году, за что они получили награду за лучшую научную работу от Американского общества неразрушающего контроля в 1994 году. В то же время значительные разработки в области контроля композиционных материалов были проведены в Национальном исследовательском совете Канады и других организациях. С тех пор в литературе описан широкий спектр применений.
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.