01
Įvadas
Optinio aptikimo technologija atlieka pagrindinį vaidmenį atliekant ultragarsinį lazerinį testavimą (LUT) ir turi pranašumų, palyginti su tradiciniais pjezoelektriniais jutikliais. Be-kontaktinis optinis aptikimas netrukdo ultragarso laukui ir leidžia aptikimo taškams greitai judėti tiksliai erdviniu tikslumu. Optinis aptikimas apima platų dažnių diapazoną aukštų -dažnių juostose, todėl gali atpažinti ir analizuoti ultragarso bangas. Priešingai, pjezoelektriniai jutikliai susiduria su sunkumais aptikdami aukšto{5}}dažnio signalus dėl medžiagų savybių apribojimų. Tačiau optinio aptikimo jautrumas žymiai sumažėja, kai susiduriama su išsibarsčiusiais objektais. Ultragarso bangų poveikis šviesos pluoštui daugiausia gali būti suskirstytas į intensyvumo moduliavimą ir fazės arba dažnio moduliavimą. Dėl itin didelio šviesos dažnio dabartiniai fotodetektoriai negali tiesiogiai išmatuoti šviesos fazės ir gali aptikti tik šviesos intensyvumą. Norint gauti šviesos pluošto fazės informaciją, spindulys turi būti moduliuojamas, kad fazės informacija būtų paversta intensyvumo informacija, kuri vėliau atkuriama demoduliuojant.
02
Intensyvumo moduliavimo metodai
Intensyvumo moduliavimo metodai gauna paviršiaus vibracijos ir poslinkio duomenis, stebint šviesos intensyvumo svyravimus. Šis metodas visų pirma apima siurblio-zondo metodus, optinio nukreipimo metodus ir paviršiaus grotelių difrakcijos metodus. Siurblio-zondo metodai naudojami itin sparčiai dinamikai ir mikro- iki nanoskalės akustiniams atsakams apibūdinti. Kaip parodyta 1 paveiksle, principas apima didelės-energijos siurblio šviesos naudojimą, siekiant sukelti trumpalaikę termoelastinę deformaciją arba didelio Ultragarso sukelti lūžio rodiklio sutrikimai arba poslinkiai keičia zondo šviesos atspindžio charakteristikas. Reguliuojant laiko delsą tarp dviejų impulsų naudojant mechaninio vertimo etapą, sistema gali įrašyti dinaminę ultragarso raidą pikosekundės arba femtosekundės skalėje. Optinio nukreipimo metodai aptinka vietinius geometrinius pokrypius, kuriuos sukelia paviršiaus akustinės bangos. Kai ultragarsas praeina pro aptikimo tašką, nedidelis paviršiaus pakreipimas sukelia erdvinį atspindėtos šviesos pluošto nukreipimą. Įvedant fizines kliūtis į optinį kelią, kampiniai poslinkiai paverčiami detektoriaus gaunamais šviesos intensyvumo svyravimais. Šių svyravimų dažnis tiesiogiai atspindi fizines paviršiaus akustinio lauko charakteristikas. Paviršiaus gardelės difrakcijos metodai tinka paviršiams su periodinėmis mikrostruktūromis. Kai ultragarsas sklinda, jis dažnai šiek tiek pakoreguoja groteles, o tai savo ruožtu keičia difrakcuotų pluoštų kampus ir energijos pasiskirstymą. Stebėdama išsklaidytos šviesos intensyvumo pokyčius tam tikrais užsakymais, sistema gali išgauti informaciją apie paviršiaus dinaminį poslinkį sub-nanometro lygiu.
03
Fabry moduliacija ir Fabry-Perot interferometrija
Fazių moduliavimo technologija naudoja koherentinės šviesos trukdžių principą, kad fazės poslinkiai, moduliuojami ultragarso virpesiais, būtų paverčiami trukdžių kraštų intensyvumo pokyčiais. Šia technologija paprastai pasiekiamas nanometro{1}}lygio tikslumas arba net mažesnis. Interferometrinį aptikimą galima suskirstyti į atskaitos-šviesos trikdžius ir savarankiškus{4}}atskaitos trukdžius. Atskaitos-šviesos trukdžiai apima nulinius-kelio-skirtumo trukdžius ir heterodininius trukdžius, o savarankiškos-atskaitos schemos apima delsos trukdžius, prisitaikančius holografinius trukdžius ir lazerio sklaidos aptikimą. Fabry-Perot interferometras yra pagrindinė lazerinio ultragarsinio aptikimo technika. Šiuo metodu pasiekiama nuosekli kelių pluoštų superpozicija per rezonansinę ertmę, kurią sudaro du labai atspindintys veidrodžiai (2 pav.). Kai zondo šviesa, pernešanti paviršiaus vibracijos fazės informaciją, patenka į ertmę, spinduliai kelis kartus atsispindi tarp veidrodžių, todėl trukdžių pakraščiai tampa ypač aštrūs. Kai ultragarso sukeltas poslinkis sukelia fazės poslinkį, rezonanso sąlygos pasislenka, o tai lemia didžiulius linijinius perduodamos arba atspindėtos šviesos intensyvumo svyravimus. Palyginti su įprastais Michelson interferometrais, Fabry – Perot interferometrai pasižymi didesne tolerancija aplinkos mechaniniams virpesiams ir turi didesnį optinį kolimavimą, todėl yra geresnis jautrumas dirbant su grubiais didelių aviacijos ir kosmoso komponentų paviršiais. Reguliuojant ertmės ilgį pjezoelektrine keramika, sistema gali užfiksuoti veikimo tašką jautriausioje trikdžių kreivės srityje, o tai leidžia labai{18}}tiesiškai išgauti silpnus akustinius vibracijos signalus. Be to, adaptyvūs holografiniai interferometrai naudoja fotorefrakcinius kristalus, kad dinamiškai fiksuotų trukdžių modelius, automatiškai kompensuodami bangų fronto iškraipymus, kuriuos sukelia aplinkos trikdžiai arba sudėtingos paviršiaus morfologijos, pagerindami sistemos stabilumą atšiaurioje pramoninėje aplinkoje. Lazerio sklaidos aptikimo technologija fiksuoja informaciją apie vibraciją, analizuodama dinaminę dėmių lauko pasiskirstymo raidą. Nors jo absoliučios poslinkio skiriamoji geba yra šiek tiek prastesnė už grynus interferometrinius metodus, ji pasižymi dideliu tvirtumu, kai dirbama su neapdorotais, labai išsibarsčiusiais paviršiais, o tai yra papildomas būdas apibūdinti sudėtingas aviacijos ir kosmoso medžiagas (kaip parodyta 3 paveiksle). Heterodino interferometrai generuoja ritmo signalus, įvesdami dažnių skirtumą, veiksmingai sprendžiant nuolatinės srovės signalo dreifo problemas ir padidinant matavimo tikslumą dinamiškoje aplinkoje.
04
Santrauka
Lazerinio ultragarsinio testavimo optinio aptikimo principas sukuria visą sistemą nuo fizinės energijos konvertavimo iki signalo fazės demoduliacijos. Intensyvumo moduliavimo technologija, turinti intuityvią struktūrą ir{1}}reagavimą realiuoju laiku, atlieka svarbų vaidmenį stebint spartų procesą ir apibūdinant mikro-nano nanotechnologijas. Fabry{5}}Pérot interferometrų atstovaujama fazių moduliavimo technologija įveikia ne-kontaktinio aptikimo jautrumo ir skiriamosios gebos apribojimus, naudojant tikslius optinės koherencijos metodus. Šis visiškai ne{8}}kontaktinis aptikimo režimas ne tik sprendžia sudėtingų lenktų komponentų internetinio vertinimo iššūkius, bet ir suteikia svarbią teorinę paramą bei techninius būdus, kaip stebėti medžiagų būklę per visą jų gyvavimo ciklą.
