01
Introduzzjoni
It-teknoloġija ta 'skoperta ottika għandha rwol ċentrali fl-ittestjar ultrasoniku tal-lejżer (LUT) u għandha vantaġġi fuq sensuri pjeżoelettriċi tradizzjonali. L-iskoperta ottika mingħajr-kuntatt ma tinterferixxix mal-kamp ultrasoniku u tippermetti li l-punti ta 'skoperta jimxu malajr bi preċiżjoni spazjali preċiża. L-iskoperta ottika tkopri firxa wiesgħa ta' frekwenza f'meded ta' frekwenza għolja-, li jagħmilha kapaċi tidentifika u tanalizza mewġ ultrasoniku. B'kuntrast, sensuri pjeżoelettriċi jiffaċċjaw sfidi fl-iskoperta ta' sinjali ta'-frekwenza għolja minħabba l-limitazzjonijiet tal-proprjetajiet materjali. Madankollu, is-sensittività tas-sejbien ottiku tonqos b'mod sinifikanti meta tittratta oġġetti mxerrda. L-effett tal-mewġ ultrasoniku fuq raġġ tad-dawl jista 'jiġi kklassifikat prinċipalment f'modulazzjoni tal-intensità u modulazzjoni tal-fażi jew tal-frekwenza. Minħabba l-frekwenza estremament għolja tad-dawl, il-fotodetectors kurrenti ma jistgħux ikejlu direttament il-fażi tad-dawl u jistgħu jiskopru biss l-intensità tad-dawl. Biex tinkiseb informazzjoni tal-fażi tar-raġġ tad-dawl, ir-raġġ għandu jiġi modulat biex jikkonverti l-informazzjoni tal-fażi f'informazzjoni dwar l-intensità, li mbagħad tiġi rkuprata permezz tad-demodulazzjoni.
02
Tekniki ta' Modulazzjoni tal-Intensità
It-tekniki tal-modulazzjoni tal-intensità jakkwistaw data ta 'vibrazzjoni u spostament tal-wiċċ billi jimmonitorjaw il-varjazzjonijiet fl-intensità tad-dawl. Dan l-approċċ jinkludi primarjament tekniki ta' pompa-sonda, tekniki ta' deflessjoni ottika, u tekniki ta' diffrazzjoni tal-ħakk tal-wiċċ. It-tekniki tal-pompa-sonda huma wżati biex jikkaratterizzaw dinamiċi ultraveloċi u mikro- għal risponsi akustiċi fuq skala nano. Kif muri fil-Figura 1, il-prinċipju jinvolvi l-użu ta '-dawl tal-pompa ta' enerġija għolja biex jinduċi deformazzjoni termoelastika temporanja jew impulsi ultrasoniċi ta '-frekwenza għolja fil-materjal, segwit minn kampjunar b'dawl tas-sonda li għandu dewmien ta' ħin ikkontrollat. Disturbi ta 'l-indiċi ta' rifrazzjoni jew spostamenti kkawżati mill-ultrasound ibiddlu l-karatteristiċi ta 'riflessjoni tad-dawl tas-sonda. Billi taġġusta d-dewmien tal-ħin bejn iż-żewġ impulsi bl-użu ta 'stadju ta' traduzzjoni mekkanika, is-sistema tista 'tirreġistra l-evoluzzjoni dinamika tal-ultrasound fuq skala ta' picosecond jew femtosecond. Tekniki ta 'deflessjoni ottika jiskopru tilts ġeometriċi lokali indotti minn mewġ akustiku tal-wiċċ. Meta l-ultrasound jgħaddi mill-punt ta 'skoperta, inklinazzjonijiet ħfief tal-wiċċ jikkawżaw deflessjoni spazjali tar-raġġ tad-dawl rifless. Billi tintroduċi ostruzzjonijiet fiżiċi fil-mogħdija ottika, l-ispostamenti angolari huma kkonvertiti f'varjazzjonijiet fl-intensità tad-dawl riċevuti mid-ditekter. Il-frekwenza ta 'dawn il-varjazzjonijiet tirrifletti direttament il-karatteristiċi fiżiċi tal-kamp akustiku tal-wiċċ. It-tekniki tad-diffrazzjoni tal-ħakk tal-wiċċ huma adattati għal uċuħ b'mikrostrutturi perjodiċi. Hekk kif l-ultrasound jippropaga, ħafna drabi jikkawża aġġustamenti ħfief għall-ħakk, li mbagħad jibdel l-angoli u d-distribuzzjoni tal-enerġija tar-raġġi diffracted. Billi timmonitorja l-bidliet fl-intensità tad-dawl diffrattat f'ordnijiet speċifiċi, is-sistema tista' tiġbed informazzjoni dwar l-ispostament dinamiku tal-wiċċ fil-livell sub-nanometru.
03
Modulazzjoni tal-Fażi u Interferometrija Fabry-Perot
Phase modulation technology utilizes the interference principle of coherent light to convert phase shifts modulated by ultrasonic vibrations into variations in the intensity of interference fringes. This technology typically achieves nanometer-level precision or even lower. Interferometric detection can be divided into reference-light interference and self-reference interference. Reference-light interference includes zero-path-difference interference and heterodyne interference, while self-reference schemes include delay interference, adaptive holographic interference, and laser scattering detection. In phase demodulation schemes, the Fabry–Perot interferometer is the core technique for laser ultrasonic detection. This method achieves coherent superposition of multiple beams through a resonant cavity formed by two highly reflective mirrors (Figure 2). When the probe light carrying surface vibration phase information enters the cavity, the beams reflect multiple times between the mirrors, making the interference fringes extremely sharp. When ultrasonic-induced displacement causes a phase shift, the resonance condition drifts, leading to dramatic linear fluctuations in the transmitted or reflected light intensity. Compared to conventional Michelson interferometers, Fabry–Perot interferometers show higher tolerance to environmental mechanical vibrations and possess greater optical collimation, resulting in better sensitivity when dealing with rough surfaces of large aerospace components. By controlling the cavity length with piezoelectric ceramics, the system can lock the operating point at the most sensitive region of the interference curve, enabling high-linearity extraction of weak acoustic vibration signals. Additionally, adaptive holographic interferometers use photorefractive crystals to dynamically record interference patterns, automatically compensating for wavefront distortions caused by environmental disturbances or complex surface morphologies, improving system stability in harsh industrial environments. Laser scattering detection technology captures vibration information by analyzing the dynamic evolution of speckle field distributions. Although its absolute displacement resolution is slightly inferior to pure interferometric methods, it has strong robustness when handling unprocessed, highly scattering surfaces, serving as a complementary approach to characterize complex aerospace materials (as shown in Figure 3). Heterodyne interferometers generate beat signals by introducing a frequency difference, effectively addressing DC signal drift issues and enhancing measurement accuracy in dynamic environments.
04
Sommarju
Il-prinċipju ta 'skoperta ottika tal-ittestjar ultrasoniku tal-lejżer jistabbilixxi sistema kompluta mill-konverżjoni tal-enerġija fiżika għal demodulazzjoni tal-fażi tas-sinjal. It-teknoloġija tal-modulazzjoni tal-intensità, bl-istruttura intuwittiva tagħha u r-rispons f'-ħin reali, għandha rwol importanti fil-monitoraġġ tal-proċess ta'-veloċità għolja u mikro-nanokaratterizzazzjoni. It-teknoloġija tal-modulazzjoni tal-fażi, rappreżentata mill-interferometri Fabry-Pérot, tegħleb il-limitazzjonijiet ta' skoperta mingħajr-kuntatt f'termini ta' sensittività u riżoluzzjoni permezz ta' metodi preċiżi ta' koerenza ottika. Dan il-mod ta' sejbien kompletament mingħajr-kuntatt mhux biss jindirizza l-isfidi tal-evalwazzjoni onlajn ta' komponenti mgħawġa kumplessi iżda jipprovdi wkoll appoġġ teoretiku importanti u mogħdijiet tekniċi għall-monitoraġġ tas-saħħa tal-materjali matul iċ-ċiklu kollu tal-ħajja tagħhom.
