雷射超聲是一種非接觸,高精度,無損傷的新型超聲檢測技術。它利用雷射脈衝在被檢測工件中激發超音波,並用雷射束探測超音波的傳播,從而獲取工件信息，比如工件厚度、內部及表面缺陷，材料參數等等。該技術接合了超聲檢測的高精度和光學檢測非接觸的優點,具有高靈敏度(亞納米級),高檢測頻寬(GHz)的優點。 雷射超聲檢測技術在上世紀九十年代晚期出現成熟的商用系統並最早在無縫鋼管產業開始套用。目前該技術的工業套用已經擴展到雷射焊接焊縫質量線上監控，風力發電機葉片檢測，飛機機身搭接腐蝕檢測，高溫陶瓷，金屬，複合材料檢測，電子元器件/半導體封裝質量檢測，各種材料塗層缺陷檢測等眾多領域，針對其他套用的商用系統也不斷發展並走向市場。目前雷射超聲檢測技術仍不盡成熟，針對單晶矽片等硬脆材料的檢測技術仍有待研究。
基本介紹
- 中文名：雷射超聲檢測技術
- 外文名：Laser Ultrasonic
- 頻 率：20KHz-GHz
- 功率密度：p≥0.3w/cm2
- 所屬學科：物理、工程
- 套用領域：機械加工
工作原理,激勵方式,
工作原理
當雷射的能量聚焦照射到彈性材料表面時，部分會轉移到材料本身並以熱能和應力波動能的形式表現出來。通過改變激發雷射的幾何形狀可以控制能量在材料中的分布以及對材料的影響。雷射超聲就是利用高能雷射脈衝與物質表面的瞬時熱作用，通過熱彈效應（少數情況是熱蝕效應）在固體表面產生應變和應力場，使粒子產生波動，進而在物體內部產生超音波。
根據入射到物體表面雷射能量的不同，雷射脈衝在物體表面產生的這種熱效應可分為熱彈效應和熱蝕效應兩種。在較低的吸收率下，表面吸收的熱量不超過其融化溫度，產生的是短時膨脹過程，與該膨脹相關的應力波絕大部分在彈性範圍內，該方式稱為熱彈效應。在高能作用下，物體的溫度升高，超過了其蒸發溫度，產生燒蝕現象，使材料表面氣化，形成電漿，於是有一垂直表面的反作用力作用在表面，形成彈性波源，該方式稱為熱蝕效應。在熱彈性區，雷射產生的應力波大小與吸收光的能量呈正比，對於均勻能量分布，可用一維模型描述雷射束在材料表面產生的應力，其在材料表面產生的應力-應變與材料表面吸收的雷射能量呈正比。
當雷射入射到材料上時，所產生的超音波以不同的類型傳播出去，主要有縱波、橫波和表面波。影響超音波傳播特性的因素很多，主要有材料對雷射光能量的吸收程度、材料的熱傳導特性、激勵雷射的頻率、材料表面的光滑程度等。
激勵方式
主要的雷射超聲激勵檢測方法可分成三種方式：
第一種是雷射激勵和雷射接收方式。即利用雷射脈衝與試樣表面瞬時作用產生超音波，用光學法接收來自被檢測材料內部的超聲信號。光學法檢測超聲又分為兩大類：一類是光學非干涉法，如狹縫法、刀刃法等；另一類為光學干涉法，主要包括外差干涉法、差分干涉法和多光束干涉法等。
第二種雷射激勵-超聲接收方式是利用雷射脈衝產生超音波，通過壓電超聲換能器作為接收器接收檢測信號。
第三種方式是超聲發射-雷射接收方式，即利用壓電超聲換能器產生超音波，通過雷射干涉方法接收檢測信號。
