基于壓電檢測的光聲技術(shù)研究.pdf

1、無損檢測是科學(xué)研究、材料性能檢測、產(chǎn)品質(zhì)量控制不可或缺的手段。作為無損檢測技術(shù)的新發(fā)展——光聲技術(shù)，由于其具有特異性強、靈敏度高、簡單可靠等特點，因此廣泛應(yīng)用于材料成分分析、材料光學(xué)、熱學(xué)、結(jié)構(gòu)、彈性性能檢測等領(lǐng)域，是目前無損檢測技術(shù)研究的熱點。本文基于壓電檢測方法，開展基于壓電檢測的光聲技術(shù)（光聲壓電技術(shù)、掃描光聲顯微鏡技術(shù)、光聲譜技術(shù)）的系列研究，對材料熱學(xué)特性、光吸收特性進行光聲無損表征，發(fā)展了基于壓電檢測的光聲技術(shù)，拓展了其應(yīng)用

2、范圍。
　　首先，開展了光聲壓電技術(shù)及材料熱擴散率檢測研究，實現(xiàn)了材料熱擴散率光聲表征，具體工作包括以下幾方面：
　　1、開展了簡化熱彈頻域傳統(tǒng)光聲壓電技術(shù)對材料熱擴散率測量的應(yīng)用研究，得到了技術(shù)適用范圍。通過對金屬（紫銅、鋁）、復(fù)合材料（釔鋁石榴石）熱擴散率檢測研究，表明頻域傳統(tǒng)光聲壓電技術(shù)可對彈性性能較強的材料進行有效測量，而對振動易受到壓電換能器影響的薄材料、軟材料則無法適用。
　　2、建立了時域光聲壓電熱擴散率

3、檢測理論，簡化了測試系統(tǒng)、實現(xiàn)了材料熱擴散率快速測量。利用傅里葉變換、基于簡化熱彈頻域傳統(tǒng)光聲壓電理論，建立了時域光聲壓電理論，并成功應(yīng)用于金屬材料（紫銅、鎳及聚變堆所用結(jié)構(gòu)材料——低活性鐵素體/馬氏體鋼 CLF-1）熱擴散率時域檢測研究，為材料的熱擴散特性研究提供了一種簡單、快速、有效的手段。
　　3、建立了頻域改進光聲壓電理論，首次實現(xiàn)了基于改進光聲壓電模型的薄材料、軟材料的熱擴散率有效測量。在頻域雙層模型的基礎(chǔ)上，對簡化熱彈

4、頻域光聲壓電理論進行了改進，考慮了壓電換能器對樣品振動的影響，得到了改進光聲壓電理論，并成功應(yīng)用于薄金屬材料、豬組織及聚變堆所用結(jié)構(gòu)材料（低活性鐵素體/馬氏體鋼 CLF-1）的等效熱擴散率測量，為材料熱擴散率檢測研究提供了一種較傳統(tǒng)光聲壓電技術(shù)更高精度的有效測量手段。
　　4、建立了時域改進光聲壓電理論，提高了時域光聲壓電技術(shù)的檢測精度。在時域光聲壓電熱擴散率測量理論的基礎(chǔ)上，引入頻域改進光聲壓電理論，建立了時域改進光聲壓電理論，

5、并成功應(yīng)用于薄金屬鎳的熱擴散率時域檢測研究，提高了時域熱擴散率檢測精度。
　　其次，開展了基于壓電檢測的掃描光聲顯微鏡技術(shù)及材料熱擴散率成像研究，實現(xiàn)了材料熱擴散率分布成像光聲表征，具體工作包括以下幾方面：
　　1、搭建了光聲成像系統(tǒng)——掃描光聲顯微鏡。根據(jù)光聲成像理論，搭建了掃描光聲顯微鏡系統(tǒng)，開展了材料結(jié)構(gòu)成像研究，對金屬鋁缺陷進行了光聲振幅、相位成像，驗證了成像系統(tǒng)的可靠性。
　　2、建立了掃描光聲熱擴散率分布成

6、像檢測方法，首次實現(xiàn)了材料熱擴散率分布光聲成像。基于掃描光聲顯微鏡系統(tǒng)，結(jié)合光聲壓電熱擴散率檢測理論，建立了掃描光聲熱擴散率分布成像檢測方法，并成功應(yīng)用于均勻材料（紫銅、鋼）及非均勻材料（紫銅、焊錫及環(huán)氧樹脂組成）的熱擴散率分布成像研究，為材料熱擴散率分布成像提供了手段，同時拓展了光聲成像技術(shù)的應(yīng)用方向。
　　最后，開展了基于壓電檢測的光聲譜技術(shù)及材料光吸收特性檢測研究，實現(xiàn)了材料光吸收特異性光聲表征，具體工作包括以下幾方面：

7、r>　　1、建立了無積分球式漫反射光譜測試方法，以中藥材為研究對象，實現(xiàn)了材料光吸收特異性光譜分析。搭建了紫外-可見光-近紅外漫反射光譜測試系統(tǒng)和中紅外透射光譜測試分析系統(tǒng)，開展了中藥材特異性檢測研究，對黃連等多種中藥材的光譜及導(dǎo)數(shù)光譜進行了檢測分析，表明通過光譜及導(dǎo)數(shù)光譜可表征中藥材特異性。
　　2、搭建了壓電式光聲譜檢測系統(tǒng)，首次運用于中藥材質(zhì)量控制領(lǐng)域，實現(xiàn)了中藥材特異性光聲譜表征。設(shè)計和制作了壓電檢測固體光聲池，搭建了光聲