基于压电检测的光声技术研究

发布时间：2021-01-14 23:09

　　无损检测是科学研究、材料性能检测、产品质量控制不可或缺的手段。作为无损检测技术的新发展——光声技术,由于其具有特异性强、灵敏度高、简单可靠等特点,因此广泛应用于材料成分分析、材料光学、热学、结构、弹性性能检测等领域,是目前无损检测技术研究的热点。本文基于压电检测方法,开展基于压电检测的光声技术（光声压电技术、扫描光声显微镜技术、光声谱技术）的系列研究,对材料热学特性、光吸收特性进行光声无损表征,发展了基于压电检测的光声技术,拓展了其应用范围。首先,开展了光声压电技术及材料热扩散率检测研究,实现了材料热扩散率光声表征,具体工作包括以下几方面:1、开展了简化热弹频域传统光声压电技术对材料热扩散率测量的应用研究,得到了技术适用范围。通过对金属（紫铜、铝）、复合材料（钇铝石榴石）热扩散率检测研究,表明频域传统光声压电技术可对弹性性能较强的材料进行有效测量,而对振动易受到压电换能器影响的薄材料、软材料则无法适用。2、建立了时域光声压电热扩散率检测理论,简化了测试系统、实现了材料热扩散率快速测量。利用傅里叶变换、基于简化热弹频域传统光声压电理论,建立了时域光声压电理论,并成功应用于金属材料（紫铜、... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

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图1-1分子受激变化过程

第二章 光声压电技术及材料热扩散率检测研究 光功率致使光声信号信噪比较低，因此实验中要求激光功率在满足一定光声信号信噪比条件下越小越好。光声压电技术测量材料热扩散率的实验系统如图 2-2 所示，样品和 PZT 压电换能器良好粘合，光源为氩离子激光器（波长：514 nm，功率：200 mw），激光经声光调制器强度调制后入射到样品表面，样品吸收入射光光能而产生热波；由于热弹效应，热波导致声波的产生，热波在样品中很快被衰减，而声波被粘贴在样品背面的 PZT 压电换能器(直径：18.2 mm，厚度：0.2 mm)接收并转换为压电信号；压电信号被锁相放大器采集并处理，计算机处理锁相放大器采集的数据并通过与理论拟合得到样品的热扩散率。函数发生器提供声光调制器的调制信号，同时提供同频的参考信号给锁相放大器，测试在室温下进行。

电子科技大学博士学位论文 检测均采用光声压电相频关系进行拟合计算[156]。为确定实验曲线与理论曲线的一致性程度，定义两条曲线间方差为[157]：exp 2121( )var( )Nthi iiNthii （2-23）其中：expi 是实验所测相位，thi 是理论相位， N 是实验所测数据数。Var越小，则表明实验曲线与理论曲线一致性越好。从图 2-3(b)及表 2-1 可看出，两种样品的相频曲线拟合一致性参数 Var 都很小，表明拟合很好，且测量所得热扩散率相对误差都在 3%以内，其他测量方法正确度为 5%-10%，这表明频域光声压电技术能够较准确的测量金属材料热扩散率[156]。


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