RU2232983C2 - Method and device for laser-acoustic test of solid materials - Google Patents
Method and device for laser-acoustic test of solid materials Download PDFInfo
- Publication number
- RU2232983C2 RU2232983C2 RU2002125972/28A RU2002125972A RU2232983C2 RU 2232983 C2 RU2232983 C2 RU 2232983C2 RU 2002125972/28 A RU2002125972/28 A RU 2002125972/28A RU 2002125972 A RU2002125972 A RU 2002125972A RU 2232983 C2 RU2232983 C2 RU 2232983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- solid material
- optical
- acoustic transducer
- material under
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области неразрушающего контроля материалов ультразвуковыми методами и может быть использовано для выявления в исследуемых объектах структурных неоднородностей и определения их геометрических размеров.The present invention relates to the field of non-destructive testing of materials by ultrasonic methods and can be used to identify structural heterogeneities in the studied objects and determine their geometric dimensions.
Известен способ лазерно-акустического контроля, заключающийся в генерации лазерного импульса, преобразовании его с помощью поглощающей световой импульс плоскопараллельной пластины в акустический сигнал, излучении акустического сигнала в исследуемую среду и принятии отраженного сигнала [1]. Недостатками данного способа являются низкая чувствительность оптической регистрации отраженного сигнала и невозможность использования сфокусированных пучков.A known method of laser-acoustic control, which consists in generating a laser pulse, converting it using an absorbing light pulse of a plane-parallel plate into an acoustic signal, emitting an acoustic signal into the medium under study and receiving a reflected signal [1]. The disadvantages of this method are the low sensitivity of the optical registration of the reflected signal and the inability to use focused beams.
Известен способ лазерно-акустического контроля твердых материалов, заключающийся в генерации оптического импульса, преобразовании его в акустический сигнал, излучении сигнала в исследуемую среду и приеме отраженного акустического сигнала пьезоэлементом [2].A known method of laser-acoustic control of solid materials, which consists in generating an optical pulse, converting it into an acoustic signal, emitting a signal into the test medium and receiving a reflected acoustic signal with a piezoelectric element [2].
Устройство для реализации упомянутого способа [2] содержит импульсно-модулированный лазер, соединенный с оптическим волокном, торец которого направлен на исследуемый образец, и пьезоприемник в виде кольцевых пьезоэлементов, расположенных над его поверхностью в акустически связующей среде. Упомянутое устройство имеет следующие недостатки: 1) оптико-акустическое преобразование осуществляется непосредственно в объекте исследования (образце), при этом коэффициент поглощения света зависит от материала образца, а следовательно, амплитуда и спектр генерируемого ультразвукового сигнала для различных материалов различны; 2) в образце сфокусированным оптическим пучком возбуждается расходящаяся сферическая волна, амплитуда которой убывает обратно пропорционально пройденному расстоянию, а значит, диагностику можно вести лишь на незначительных глубинах.A device for implementing the aforementioned method [2] contains a pulse-modulated laser connected to an optical fiber, the end of which is directed to the test sample, and a piezoelectric receiver in the form of ring piezoelectric elements located above its surface in an acoustically binding medium. The mentioned device has the following disadvantages: 1) optical-acoustic conversion is carried out directly in the object of study (sample), while the light absorption coefficient depends on the material of the sample, and therefore, the amplitude and spectrum of the generated ultrasonic signal for different materials are different; 2) a diverging spherical wave is excited in the sample with a focused optical beam, the amplitude of which decreases inversely with the distance traveled, which means that diagnostics can only be carried out at insignificant depths.
В данной заявке решается задача создания надежного способа лазерно-ультразвукового контроля механических (структурных) свойств материалов при одностороннем режиме доступа к образцу, обладающего большой разрешающей способностью и высокой чувствительностью.This application solves the problem of creating a reliable method of laser-ultrasonic control of the mechanical (structural) properties of materials with one-sided access to the sample, which has high resolution and high sensitivity.
Для решения поставленной задачи в способе, заключающемся в генерации оптического импульса, преобразовании его в акустический сигнал, излучении этого сигнала в исследуемую среду и приеме отраженного акустического сигнала пьезоэлементом, акустический импульс генерируют с помощью двухстороннего распределенного оптико-акустического преобразователя, а отраженный сигнал принимают решеткой из локальных пьезоприемников, расположенных либо между оптико-акустическим преобразователем и исследуемым материалом, либо с обратной стороны преобразователя, при этом сигнал, поступающий с решетки пьезоприемников, обрабатывают в реальном масштабе времени.To solve the problem in a method consisting in generating an optical pulse, converting it into an acoustic signal, emitting this signal into the test medium and receiving the reflected acoustic signal with a piezoelectric element, the acoustic pulse is generated using a two-way distributed optical-acoustic transducer, and the reflected signal is received by a grating of local piezoelectric receivers located either between the optical-acoustic transducer and the material under study, or from the reverse side developer, while the signal from the array of piezoelectric receivers is processed in real time.
Для решения поставленной задачи в устройстве, содержащем импульсно-модулированный лазер, соединенный с оптическим волокном, торец которого направлен на исследуемый материал, и пьезоприемник, расположенный над его поверхностью, торец оптического волокна через расширяющую линзу направлен на распределенный оптико-акустический преобразователь, расположенный над поверхностью исследуемого материала, а пьезоприемник помещен с обратной стороны излучателя и выполнен в виде решетки из локальных пьезоэлементов, каждый из которых соединен через усилитель и аналого-цифровой преобразователь с компьютером.To solve this problem, in a device containing a pulsed-modulated laser connected to an optical fiber, the end of which is directed to the material under study, and a piezoelectric receiver located above its surface, the end of the optical fiber through an expanding lens is directed to a distributed optical-acoustic transducer located above the surface the studied material, and the piezoelectric receiver is placed on the back of the emitter and is made in the form of a lattice of local piezoelectric elements, each of which is connected through es amplifier and analog-to-digital converter with a computer.
Имеются варианты устройства, в которых пьезоприемник расположен между оптико-акустическим преобразователем и поверхностью исследуемого материала, а также такой, где приемник и излучатель выполнены криволинейными, с возможностью фокусировки излучения и приема.There are device options in which the piezoelectric receiver is located between the optical-acoustic transducer and the surface of the material under study, as well as where the receiver and emitter are made curved, with the possibility of focusing radiation and reception.
Способ лазерно-акустического контроля твердых материалов и устройство для его осуществления иллюстрируется фиг.1-3.The method of laser-acoustic control of solid materials and a device for its implementation is illustrated in figures 1-3.
Способ осуществляется следующим образом (см. фиг.1).The method is as follows (see figure 1).
Импульсы оптического излучения поступают с лазера 1 через волоконно-оптический кабель 2 и расширяющую линзу 3 на оптико-акустический преобразователь 4. Система облучения создает на поверхности излучателя широкое пятно. При поглощении лазерного импульса в преобразователе 4 за счет нестационарного теплового расширения возбуждается упругий импульс. С частотой модуляции оптического излучения акустические колебания распространяются с обеих поверхностей оптико-акустического преобразователя 4. Акустический импульс в направлении к решетке пьезоэлементов 5 регистрируется системой как опорный. В этом случае электрические импульсы от каждого локального пьезоэлемента 5, пройдя предусилитель 6 и аналого-цифровой преобразователь 7, регистрируются компьютером 8. Акустические импульсы, распространяюшиеся к поверхности контролируемого объекта 9, проходя в его структуре, отражаются от искомых неоднородностей (дефектов) 10 и, пройдя сквозь оптико-акустический преобразователь 4, регистрируются решеткой пьезоэлементов 5. Система задемпфированных пьезоэлементов 5 и предусилителей 6 обеспечивает широкий диапазон регистрируемых частот и высокую чувствительность, чем в итоге достигается высокое разрешение системы в сочетании с большой глубиной исследования. Для построения двумерных картин неоднородности исследуемого объекта используется компьютер 8, работающий в реальном масштабе времени.The pulses of optical radiation come from the
В вариантах устройства решетка из пьезоэлементов 5 может быть расположена между оптико-акустическим преобразователем и поверхностью исследуемого материала 9 - фиг.2, а также иметь криволинейную поверхность вместе с оптико-акустическим преобразователем 4 - фиг.3. Такая геометрия излучателя и приемника позволяет сфокусировать зону исследования в контролируемом материале.In variants of the device, a lattice of
Таким образом, предложенный способ лазерно-акустического контроля твердых материалов и устройство для его осуществления обладают по сравнению с прототипом более высокой чувствительностью и разрешающей способностью. При этом использование специального преобразователя в виде полимерной пленки приводит к тому, что эффективность оптико-акустического преобразования, а также спектр и амплитуда возбуждаемого сигнала определяются только теплофизическими параметрами данной пленки, что исключает недостатки способа и устройства-прототипа. Высокая чувствительность достигается за счет высокой эффективности оптико-акустического преобразования в полимерной пленке и повышения отношения сигнал/шум при использовании решетки из пьезоэлементов. Высокая разрешающая способность в диапазоне 30 кГц-30 МГц определяется применением коротких наносекундных лазерных импульсов и широкой полосой пропускания электро-акустического приемного тракта, достигаемой при использовании полимерных пьезоэлектрических пленок толщиной до 0,11 мм.Thus, the proposed method of laser-acoustic control of solid materials and a device for its implementation have, in comparison with the prototype, a higher sensitivity and resolution. Moreover, the use of a special converter in the form of a polymer film leads to the fact that the efficiency of the optical-acoustic conversion, as well as the spectrum and amplitude of the excited signal, are determined only by the thermophysical parameters of this film, which eliminates the disadvantages of the prototype method and device. High sensitivity is achieved due to the high efficiency of optical-acoustic conversion in a polymer film and an increase in the signal-to-noise ratio when using a lattice of piezoelectric elements. High resolution in the range of 30 kHz-30 MHz is determined by the use of short nanosecond laser pulses and a wide passband of the electro-acoustic receiving path, achieved using polymer piezoelectric films up to 0.11 mm thick.
Источники информацииSources of information
1. Патент США №5457997, кл. 73/643.1. US Patent No. 5457997, cl. 73/643.
2. Патент США №5381695, кл. 73/643.2. US Patent No. 5381695, cl. 73/643.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002125972/28A RU2232983C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Method and device for laser-acoustic test of solid materials |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2002125972/28A RU2232983C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Method and device for laser-acoustic test of solid materials |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2002125972A RU2002125972A (en) | 2004-04-20 |
RU2232983C2 true RU2232983C2 (en) | 2004-07-20 |
Family
ID=33413006
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2002125972/28A RU2232983C2 (en) | 2002-10-02 | 2002-10-02 | Method and device for laser-acoustic test of solid materials |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2232983C2 (en) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2486501C2 (en) * | 2011-02-28 | 2013-06-27 | Александр Алексеевич Карабутов | Laser optical-acoustic tomography method and apparatus for realising said method (versions) |
RU2544257C2 (en) * | 2010-09-30 | 2015-03-20 | Александр Алексеевич Карабутов | Laser ultrasonic flaw detector |
RU2545348C2 (en) * | 2013-02-04 | 2015-03-27 | Владимир Евгеньевич Прохорович | Method of laser-ultrasound quality control of soldered joints |
RU2572293C2 (en) * | 2014-05-19 | 2016-01-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Optoacoustic analyser of ecological state of environment |
CN105424163A (en) * | 2015-10-30 | 2016-03-23 | 西北大学 | Indirect coupling conic fiber grating ultrasonic sensor |
CN106290453A (en) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 电子科技大学 | A kind of detection method of material solidification |
RU171185U1 (en) * | 2016-12-29 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for monitoring the mechanical properties of a material under load |
RU176015U1 (en) * | 2017-08-29 | 2017-12-26 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | DEVICE FOR DETECTING AND MONITORING INHOMOGENEITIES OF SOLID MATERIALS |
RU176116U1 (en) * | 2017-04-24 | 2018-01-09 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | DEVICE FOR DETECTING AND MONITORING INHOMOGENEITIES OF SOLID MATERIALS |
RU2652520C1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for determining and controlling velocities of surface and longitudinal acoustic waves in materials under quasistatic and cyclic loads |
RU2653123C1 (en) * | 2017-06-30 | 2018-05-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of repetitively-pulsed laser-ultrasonic check of solid materials and a device for its implementation |
RU205036U1 (en) * | 2020-12-03 | 2021-06-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский Комплекс Центра Технологического Обеспечения" (ООО "ИК ЦТО") | ROBOTIC ULTRASONIC LASER STRUCTURE |
EA038939B1 (en) * | 2018-12-07 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for laser acoustic monitoring of solid and liquid media |
RU2793566C1 (en) * | 2022-09-30 | 2023-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Кинетик" (ООО "Кинетик") | Optical-acoustic converter for laser-ultrasonic defectoscope |
-
2002
- 2002-10-02 RU RU2002125972/28A patent/RU2232983C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2544257C2 (en) * | 2010-09-30 | 2015-03-20 | Александр Алексеевич Карабутов | Laser ultrasonic flaw detector |
RU2486501C2 (en) * | 2011-02-28 | 2013-06-27 | Александр Алексеевич Карабутов | Laser optical-acoustic tomography method and apparatus for realising said method (versions) |
RU2545348C2 (en) * | 2013-02-04 | 2015-03-27 | Владимир Евгеньевич Прохорович | Method of laser-ultrasound quality control of soldered joints |
RU2572293C2 (en) * | 2014-05-19 | 2016-01-10 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Optoacoustic analyser of ecological state of environment |
CN105424163A (en) * | 2015-10-30 | 2016-03-23 | 西北大学 | Indirect coupling conic fiber grating ultrasonic sensor |
CN106290453A (en) * | 2016-08-30 | 2017-01-04 | 电子科技大学 | A kind of detection method of material solidification |
RU2652520C1 (en) * | 2016-12-28 | 2018-04-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for determining and controlling velocities of surface and longitudinal acoustic waves in materials under quasistatic and cyclic loads |
EA033933B1 (en) * | 2016-12-28 | 2019-12-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for determination and control of velocities of surface and longitudinal acoustic waves in materials under quasi-static and cyclic loads |
RU171185U1 (en) * | 2016-12-29 | 2017-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for monitoring the mechanical properties of a material under load |
RU176116U1 (en) * | 2017-04-24 | 2018-01-09 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | DEVICE FOR DETECTING AND MONITORING INHOMOGENEITIES OF SOLID MATERIALS |
RU2653123C1 (en) * | 2017-06-30 | 2018-05-07 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" | Method of repetitively-pulsed laser-ultrasonic check of solid materials and a device for its implementation |
RU176015U1 (en) * | 2017-08-29 | 2017-12-26 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации | DEVICE FOR DETECTING AND MONITORING INHOMOGENEITIES OF SOLID MATERIALS |
EA038939B1 (en) * | 2018-12-07 | 2021-11-12 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) | Device for laser acoustic monitoring of solid and liquid media |
RU205036U1 (en) * | 2020-12-03 | 2021-06-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Исследовательский Комплекс Центра Технологического Обеспечения" (ООО "ИК ЦТО") | ROBOTIC ULTRASONIC LASER STRUCTURE |
RU2793566C1 (en) * | 2022-09-30 | 2023-04-04 | Общество с ограниченной ответственностью "Кинетик" (ООО "Кинетик") | Optical-acoustic converter for laser-ultrasonic defectoscope |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2232983C2 (en) | Method and device for laser-acoustic test of solid materials | |
Fink | Time reversal in acoustics | |
Roux et al. | Time-reversal in an ultrasonic waveguide | |
US4512197A (en) | Apparatus for generating a focusable and scannable ultrasonic beam for non-destructive examination | |
JP2664443B2 (en) | Equipment for examining samples with ultrasound | |
WO1997039684A1 (en) | Method and system for 3-d acoustic microscopy using short pulse excitation and 3-d acoustic microscope for use therein | |
Deutsch et al. | Self-focusing of Rayleigh waves and Lamb waves with a linear phased array | |
US20050210985A1 (en) | Time-reversed photoacoustic system and uses thereof | |
Fink | Acoustic time-reversal mirrors | |
JPS6255626B2 (en) | ||
RU2002125972A (en) | METHOD FOR LASER-ACOUSTIC CONTROL OF SOLID MATERIALS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
Royer et al. | Optical probing of pulsed, focused ultrasonic fields using a heterodyne interferometer | |
Chang et al. | Reliable estimation of virtual source position for SAFT imaging | |
RU2486501C2 (en) | Laser optical-acoustic tomography method and apparatus for realising said method (versions) | |
RU2653123C1 (en) | Method of repetitively-pulsed laser-ultrasonic check of solid materials and a device for its implementation | |
US7018334B2 (en) | Imaging of a region in a scattering medium | |
US3890829A (en) | Method and apparatus for acoustical imaging | |
Anderson et al. | Experimentally identifying masked sources applying time reversal with the selective source reduction method | |
Fink | Time reversed acoustics | |
Knollman et al. | Real‐time ultrasonic imaging methodology in nondestructive testing | |
Köymen et al. | Focusing surface waves using an axicon | |
CN114018823B (en) | Excitation and reception integrated laser ultrasonic flaw detection equipment and method | |
Koch et al. | 2D transmission imaging with a crossed-array configuration for defect detection | |
RU2025150C1 (en) | Method and device for ultrasonic inspection of article | |
Fink | Object detection and imaging with acoustic time reversal mirrors |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20071003 |