01
pengenalan
Teknologi pengesanan optik memainkan peranan penting dalam ujian ultrasonik laser (LUT) dan mempunyai kelebihan berbanding penderia piezoelektrik tradisional. Pengesanan optik bukan{1}}tidak mengganggu medan ultrasonik dan membenarkan titik pengesanan bergerak pantas dengan ketepatan ruang yang tepat. Pengesanan optik meliputi julat frekuensi yang luas dalam-jalur frekuensi tinggi, menjadikannya mampu mengenal pasti dan menganalisis gelombang ultrasonik. Sebaliknya, penderia piezoelektrik menghadapi cabaran dalam mengesan-isyarat frekuensi tinggi disebabkan oleh pengehadan sifat bahan. Walau bagaimanapun, sensitiviti pengesanan optik berkurangan dengan ketara apabila berhadapan dengan objek yang berselerak. Kesan gelombang ultrasonik pada pancaran cahaya boleh dikelaskan terutamanya kepada modulasi intensiti dan modulasi fasa atau frekuensi. Disebabkan frekuensi cahaya yang sangat tinggi, pengesan foto semasa tidak dapat mengukur secara langsung fasa cahaya dan hanya dapat mengesan keamatan cahaya. Untuk mendapatkan maklumat fasa pancaran cahaya, pancaran mesti dimodulatkan untuk menukar maklumat fasa kepada maklumat intensiti, yang kemudiannya dipulihkan melalui penyahmodulatan.
02
Teknik Modulasi Intensiti
Teknik modulasi keamatan memperoleh data getaran dan anjakan permukaan dengan memantau turun naik dalam keamatan cahaya. Pendekatan ini terutamanya termasuk teknik pam-probe, teknik pesongan optik dan teknik pembelauan parut permukaan. Teknik kuar pam-digunakan untuk mencirikan dinamik ultrapantas dan mikro- kepada tindak balas akustik skala nano. Seperti yang digambarkan dalam Rajah 1, prinsipnya melibatkan penggunaan-cahaya pam tenaga tinggi untuk mendorong ubah bentuk termoelastik sementara atau-denyut ultrasonik frekuensi tinggi dalam bahan, diikuti dengan pensampelan dengan cahaya probe yang mempunyai kelewatan masa terkawal. Gangguan indeks biasan atau anjakan yang disebabkan oleh ultrasound mengubah ciri pantulan cahaya probe. Dengan melaraskan kelewatan masa antara dua denyutan menggunakan peringkat terjemahan mekanikal, sistem boleh merekodkan evolusi dinamik ultrasound pada skala picosecond atau femtosecond. Teknik pesongan optik mengesan kecondongan geometri tempatan yang disebabkan oleh gelombang akustik permukaan. Apabila ultrasound melalui titik pengesanan, sedikit kecondongan permukaan menyebabkan pesongan spatial pancaran cahaya yang dipantulkan. Dengan memasukkan halangan fizikal ke dalam laluan optik, anjakan sudut ditukar kepada turun naik keamatan cahaya yang diterima oleh pengesan. Kekerapan turun naik ini secara langsung mencerminkan ciri fizikal medan akustik permukaan. Teknik pembelauan parut permukaan sesuai untuk permukaan dengan struktur mikro berkala. Semasa ultrasound merambat, ia sering menyebabkan sedikit pelarasan pada parut, yang seterusnya mengubah sudut dan pengagihan tenaga bagi rasuk yang difraksi. Dengan memantau perubahan dalam keamatan cahaya difraksi pada tertib tertentu, sistem boleh mengekstrak maklumat anjakan dinamik permukaan pada peringkat sub{18}}nanometer.
03
Modulasi Fasa dan Interferometri Fabry–Perot
Teknologi modulasi fasa menggunakan prinsip gangguan cahaya koheren untuk menukar anjakan fasa yang dimodulasi oleh getaran ultrasonik kepada variasi dalam keamatan pinggir gangguan. Teknologi ini biasanya mencapai ketepatan tahap- nanometer atau lebih rendah. Pengesanan interferometrik boleh dibahagikan kepada-gangguan cahaya rujukan dan-gangguan rujukan sendiri. Rujukan-gangguan cahaya termasuk sifar-laluan-gangguan perbezaan dan gangguan heterodina, manakala-skim rujukan sendiri termasuk gangguan kelewatan, gangguan holografik adaptif dan pengesanan serakan laser. Dalam skim penyahmodulasi fasa, interferometer Fabry-Perot ialah teknik teras untuk pengesanan ultrasonik laser. Kaedah ini mencapai superposisi koheren berbilang rasuk melalui rongga resonan yang dibentuk oleh dua cermin yang sangat reflektif (Rajah 2). Apabila cahaya siasatan yang membawa maklumat fasa getaran permukaan memasuki rongga, rasuk memantul beberapa kali antara cermin, menjadikan pinggiran gangguan sangat tajam. Apabila anjakan teraruh ultrasonik{15}}menyebabkan peralihan fasa, keadaan resonans hanyut, membawa kepada turun naik linear yang dramatik dalam keamatan cahaya yang dihantar atau dipantulkan. Berbanding dengan interferometer Michelson konvensional, interferometer Fabry–Perot menunjukkan toleransi yang lebih tinggi terhadap getaran mekanikal persekitaran dan mempunyai kolimasi optik yang lebih besar, menghasilkan kepekaan yang lebih baik apabila berurusan dengan permukaan kasar komponen aeroangkasa yang besar. Dengan mengawal panjang rongga dengan seramik piezoelektrik, sistem boleh mengunci titik kendalian pada kawasan paling sensitif lengkung gangguan, membolehkan pengekstrakan kelinearan tinggi bagi isyarat getaran akustik yang lemah. Selain itu, interferometer holografik adaptif menggunakan kristal fotorefraktif untuk merekodkan corak gangguan secara dinamik, secara automatik mengimbangi herotan muka gelombang yang disebabkan oleh gangguan persekitaran atau morfologi permukaan yang kompleks, meningkatkan kestabilan sistem dalam persekitaran industri yang keras. Teknologi pengesanan taburan laser menangkap maklumat getaran dengan menganalisis evolusi dinamik taburan medan bintik. Walaupun resolusi anjakan mutlaknya sedikit lebih rendah daripada kaedah interferometrik tulen, ia mempunyai keteguhan yang kuat apabila mengendalikan permukaan yang tidak diproses dan sangat berselerak, berfungsi sebagai pendekatan pelengkap untuk mencirikan bahan aeroangkasa yang kompleks (seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3). Interferometer heterodina menjana isyarat rentak dengan memperkenalkan perbezaan frekuensi, menangani isu hanyutan isyarat DC dengan berkesan dan meningkatkan ketepatan pengukuran dalam persekitaran dinamik.
04
Ringkasan
Prinsip pengesanan optik ujian ultrasonik laser mewujudkan sistem lengkap daripada penukaran tenaga fizikal kepada penyahmodulasi fasa isyarat. Teknologi modulasi keamatan, dengan struktur intuitif dan-tindak balas masa sebenar, memainkan peranan penting dalam-pemantauan proses berkelajuan tinggi dan pencirian-nano mikro. Teknologi modulasi fasa, diwakili oleh interferometer Fabry-Pérot, mengatasi had pengesanan bukan-sentuhan dari segi kepekaan dan resolusi melalui kaedah koheren optik yang tepat. Mod pengesanan bukan{8}}sepenuhnya ini bukan sahaja menangani cabaran penilaian dalam talian bagi komponen melengkung yang kompleks tetapi juga menyediakan sokongan teori dan laluan teknikal yang penting untuk pemantauan kesihatan bahan sepanjang keseluruhan kitaran hayatnya.
