01
Увод
Технологија оптичке детекције игра централну улогу у ласерском ултразвучном тестирању (ЛУТ) и има предности у односу на традиционалне пиезоелектричне сензоре. Бес-бесконтактна оптичка детекција не омета ултразвучно поље и омогућава тачкама детекције да се брзо крећу са прецизном просторном прецизношћу. Оптичка детекција покрива широк опсег фреквенција у високо-опсезима фреквенције, што га чини способним да идентификује и анализира ултразвучне таласе. Насупрот томе, пиезоелектрични сензори се суочавају са изазовима у откривању високо-сигнала високе фреквенције због ограничења својстава материјала. Међутим, осетљивост оптичке детекције значајно опада када се ради са расутим објектима. Ефекат ултразвучних таласа на светлосни сноп се углавном може класификовати на модулацију интензитета и фазну или фреквенцијску модулацију. Због изузетно високе фреквенције светлости, тренутни фотодетектори не могу директно да мере фазу светлости и могу само да детектују интензитет светлости. Да би се добила информација о фази светлосног снопа, сноп мора бити модулисан да би се информације о фази претвориле у информације о интензитету, које се затим враћају демодулацијом.
02
Технике модулације интензитета
Технике модулације интензитета прикупљају податке о површинским вибрацијама и померању праћењем флуктуација у интензитету светлости. Овај приступ првенствено укључује технике{1}}сонде пумпе, технике оптичког скретања и технике дифракције површинске решетке. Технике сонде са пумпом се користе за карактеризацију ултрабрзе динамике и микро- акустичких одговора на наносмеру. Као што је илустровано на слици 1, принцип укључује коришћење-светла пумпе високе енергије да би се изазвала пролазна термоеластична деформација или високо{8}}ултразвучни импулси високе фреквенције у материјалу, након чега следи узорковање светлошћу сонде која има контролисано временско кашњење. Поремећаји индекса рефракције или померања изазвана ултразвуком мењају карактеристике рефлексије светлости сонде. Подешавањем временског кашњења између два импулса помоћу степена механичког превођења, систем може да сними динамичку еволуцију ултразвука на скали од пикосекунде или фемтосекунде. Технике оптичког скретања откривају локалне геометријске нагибе изазване површинским акустичним таласима. Када ултразвук прође кроз тачку детекције, благи нагиби површине изазивају просторно скретање рефлектованог светлосног снопа. Увођењем физичких препрека у оптичку путању, угаони помаци се претварају у флуктуације интензитета светлости које детектор прима. Учесталост ових флуктуација директно одражава физичке карактеристике површинског акустичког поља. Технике дифракције површинске решетке су погодне за површине са периодичним микроструктурама. Како се ултразвук шири, често изазива мала прилагођавања решетке, што заузврат мења углове и расподелу енергије дифрактованих зрака. Праћењем промена у интензитету дифракције светлости по одређеним редоследима, систем може да издвоји информације о динамичком померању површине на нивоу испод-нанометара.
03
Фазна модулација и Фабри-Перот интерферометрија
Технологија фазне модулације користи принцип интерференције кохерентне светлости за претварање фазних помака модулираних ултразвучним вибрацијама у варијације интензитета интерференцијских ивица. Ова технологија обично постиже нанометарску{1}}прецизност или чак нижу. Интерферометријска детекција се може поделити на референтну-сметњу светлости и само-референтну интерференцију. Референтне-сметње светлости обухватају сметње нулте-пут-разлике и хетеродинске сметње, док само-референтне шеме укључују сметње одлагања, адаптивне холографске сметње и детекцију ласерског расејања. У шемама фазне демодулације, Фабри-Перот интерферометар је основна техника за ласерску ултразвучну детекцију. Овом методом се постиже кохерентна суперпозиција више снопова кроз резонантну шупљину коју чине два високо рефлектујућа огледала (слика 2). Када светло сонде које носи информације о фази вибрације површине уђе у шупљину, зраци се рефлектују више пута између огледала, чинећи сметње изузетно оштрим. Када ултразвучно{15}}индуковано померање изазове фазни помак, стање резонанције се помера, што доводи до драматичних линеарних флуктуација у интензитету пропуштеног или рефлектованог светла. У поређењу са конвенционалним Мицхелсоновим интерферометрима, Фабри-Перот интерферометри показују већу толеранцију на механичке вибрације околине и поседују већу оптичку колимацију, што резултира бољом осетљивошћу када се ради са грубим површинама великих ваздухопловних компоненти. Контролисањем дужине шупљине помоћу пиезоелектричне керамике, систем може да закључа радну тачку у најосетљивијем делу криве интерференције, омогућавајући високу{18}}линеарност екстракције слабих акустичних вибрацијских сигнала. Додатно, адаптивни холографски интерферометри користе фоторефрактивне кристале за динамичко снимање образаца интерференције, аутоматски компензујући изобличења таласног фронта узрокована поремећајима околине или сложеним површинским морфологијама, побољшавајући стабилност система у тешким индустријским окружењима. Технологија детекције ласерског расејања хвата информације о вибрацијама анализирајући динамичку еволуцију дистрибуције спекле поља. Иако је његова апсолутна резолуција померања мало инфериорна у односу на чисте интерферометријске методе, она има јаку робусност при руковању необрађеним површинама које се јако распршују, служећи као комплементаран приступ карактеризацији сложених ваздухопловних материјала (као што је приказано на слици 3). Хетеродински интерферометри генеришу сигнале откуцаја увођењем фреквенцијске разлике, ефикасно решавајући проблеме померања једносмерног сигнала и побољшавајући тачност мерења у динамичким окружењима.
04
Резиме
Принцип оптичке детекције ласерског ултразвучног тестирања успоставља комплетан систем од конверзије физичке енергије до демодулације фазе сигнала. Технологија модулације интензитета, са својом интуитивном структуром и одзивом у реалном-временском времену, игра важну улогу у-надгледању процеса велике брзине и микро-нано карактеризацији. Технологија фазне модулације, коју представљају Фабри-Перот интерферометри, превазилази ограничења бесконтактне детекције у смислу осетљивости и резолуције помоћу прецизних метода оптичке кохерентности. Овај потпуно без{8}}режим детекције без контакта не само да се бави изазовима онлајн евалуације сложених закривљених компоненти, већ такође пружа важну теоријску подршку и техничке путеве за праћење здравственог стања материјала током целог њиховог животног циклуса.
