01
giriiş
Optik algılama teknolojisi, lazer ultrasonik testte (LUT) merkezi bir rol oynar ve geleneksel piezoelektrik sensörlere göre avantajlara sahiptir. Temassız-optik algılama, ultrasonik alanı engellemez ve algılama noktalarının hassas uzaysal doğrulukla hızla hareket etmesine olanak tanır. Optik algılama, yüksek-frekans bantlarında geniş bir frekans aralığını kapsayarak ultrasonik dalgaları tanımlama ve analiz etme yeteneğine sahiptir. Buna karşılık piezoelektrik sensörler, malzeme özelliklerinin sınırlamaları nedeniyle yüksek-frekanslı sinyalleri tespit etmede zorluklarla karşı karşıyadır. Ancak dağınık nesnelerle uğraşırken optik algılamanın hassasiyeti önemli ölçüde azalır. Ultrasonik dalgaların bir ışık huzmesi üzerindeki etkisi esas olarak yoğunluk modülasyonu ve faz veya frekans modülasyonu olarak sınıflandırılabilir. Işığın son derece yüksek frekansı nedeniyle mevcut fotodetektörler ışığın fazını doğrudan ölçemez ve yalnızca ışık yoğunluğunu tespit edebilir. Işık ışınının faz bilgisini elde etmek için, ışının faz bilgisini yoğunluk bilgisine dönüştürecek şekilde modüle edilmesi gerekir; bu bilgi daha sonra demodülasyon yoluyla geri kazanılır.
02
Yoğunluk Modülasyonu Teknikleri
Yoğunluk modülasyonu teknikleri, ışık yoğunluğundaki dalgalanmaları izleyerek yüzey titreşimi ve yer değiştirme verilerini elde eder. Bu yaklaşım öncelikle pompa-prob tekniklerini, optik saptırma tekniklerini ve yüzey ızgaralı kırınım tekniklerini içerir. Pompa-prob teknikleri, ultra hızlı dinamikleri ve mikro- ila nano ölçekli akustik yanıtları karakterize etmek için kullanılır. Şekil 1'de gösterildiği gibi prensip, malzemede geçici termoelastik deformasyonu veya yüksek-frekanslı ultrasonik darbeleri tetiklemek için yüksek-enerjili pompa ışığının kullanılmasını ve ardından kontrollü bir zaman gecikmesine sahip prob ışığıyla numune alınmasını içerir. Ultrasonun neden olduğu kırılma indisi bozuklukları veya yer değiştirmeleri, prob ışığının yansıma özelliklerini değiştirir. Sistem, mekanik bir çeviri aşaması kullanarak iki darbe arasındaki zaman gecikmesini ayarlayarak, ultrasonun dinamik gelişimini pikosaniye veya femtosaniye ölçeğinde kaydedebilir. Optik sapma teknikleri, yüzey akustik dalgalarının neden olduğu yerel geometrik eğimleri tespit eder. Ultrason algılama noktasından geçtiğinde, yüzeydeki hafif eğimler yansıyan ışık ışınının uzaysal sapmasına neden olur. Optik yola fiziksel engeller getirilerek açısal yer değiştirmeler, dedektör tarafından alınan ışık yoğunluğu dalgalanmalarına dönüştürülür. Bu dalgalanmaların sıklığı doğrudan yüzey akustik alanının fiziksel özelliklerini yansıtır. Yüzey ızgaralı kırınım teknikleri periyodik mikroyapılara sahip yüzeyler için uygundur. Ultrason yayıldıkça, genellikle ızgarada hafif ayarlamalara neden olur ve bu da kırılan ışınların açılarını ve enerji dağılımını değiştirir. Sistem, kırılan ışığın yoğunluğundaki değişiklikleri belirli sıralarda izleyerek nanometre altı düzeyde yüzey dinamik yer değiştirme bilgilerini çıkarabilir.

03
Faz Modülasyonu ve Fabry-Perot İnterferometrisi
Faz modülasyon teknolojisi, ultrasonik titreşimler tarafından modüle edilen faz kaymalarını girişim saçaklarının yoğunluğundaki değişikliklere dönüştürmek için tutarlı ışığın girişim ilkesini kullanır. Bu teknoloji genellikle nanometre-düzeyinde veya hatta daha düşük düzeyde hassasiyete ulaşır. İnterferometrik algılama, referans-ışık girişimi ve kendine-referans girişimi olarak ikiye ayrılabilir. Referans-ışık girişimi, sıfır-yol-farklı girişim ve heterodin girişim içerirken, kendine-referans şemaları, gecikme girişimi, uyarlanabilir holografik girişim ve lazer saçılım algılamayı içerir. Faz demodülasyon şemalarında Fabry-Perot interferometresi, lazer ultrasonik algılama için temel tekniktir. Bu yöntem, yüksek derecede yansıtıcı iki aynanın oluşturduğu bir rezonans boşluğu aracılığıyla birden fazla ışının tutarlı bir şekilde üst üste binmesini sağlar (Şekil 2). Yüzey titreşim fazı bilgisini taşıyan prob ışığı boşluğa girdiğinde, ışınlar aynalar arasında birçok kez yansır ve girişim saçaklarını son derece keskin hale getirir. Ultrasonik{15}}indüklenen yer değiştirme bir faz kaymasına neden olduğunda, rezonans durumu kayar ve iletilen veya yansıyan ışık yoğunluğunda dramatik doğrusal dalgalanmalara yol açar. Geleneksel Michelson interferometreleriyle karşılaştırıldığında, Fabry-Perot interferometreleri çevresel mekanik titreşimlere karşı daha yüksek tolerans gösterir ve daha fazla optik kolimasyona sahiptir, bu da büyük havacılık bileşenlerinin pürüzlü yüzeyleriyle çalışırken daha iyi hassasiyet sağlar. Sistem, boşluk uzunluğunu piezoelektrik seramiklerle kontrol ederek, çalışma noktasını girişim eğrisinin en hassas bölgesinde kilitleyebilir ve zayıf akustik titreşim sinyallerinin yüksek-doğrusallıkla çıkarılmasına olanak tanır. Ek olarak, uyarlanabilir holografik interferometreler, girişim modellerini dinamik olarak kaydetmek için fotokırıcı kristaller kullanır, çevresel rahatsızlıkların veya karmaşık yüzey morfolojilerinin neden olduğu dalga cephesi bozulmalarını otomatik olarak telafi ederek zorlu endüstriyel ortamlarda sistem kararlılığını artırır. Lazer saçılma algılama teknolojisi, benek alanı dağılımlarının dinamik gelişimini analiz ederek titreşim bilgilerini yakalar. Mutlak yer değiştirme çözünürlüğü, saf interferometrik yöntemlere göre biraz daha düşük olmasına rağmen, işlenmemiş, yüksek derecede saçılan yüzeyleri işlerken güçlü bir sağlamlığa sahiptir ve karmaşık havacılık malzemelerini karakterize etmek için tamamlayıcı bir yaklaşım olarak hizmet eder (Şekil 3'te gösterildiği gibi). Heterodin interferometreler, bir frekans farkı sunarak, DC sinyal kayması sorunlarını etkili bir şekilde ele alarak ve dinamik ortamlarda ölçüm doğruluğunu artırarak vuruş sinyalleri üretir.

04
Özet
Lazer ultrasonik testin optik algılama prensibi, fiziksel enerjinin dönüştürülmesinden sinyal fazı demodülasyonuna kadar eksiksiz bir sistem oluşturur. Sezgisel yapısı ve gerçek-zamanlı yanıtıyla yoğunluk modülasyonu teknolojisi, yüksek-hızlı süreç izleme ve mikro-nano karakterizasyonunda önemli bir rol oynar. Fabry-Pérot interferometreleri tarafından temsil edilen faz modülasyon teknolojisi, hassas optik tutarlılık yöntemleri aracılığıyla hassasiyet ve çözünürlük açısından temassız algılamanın-sınırlamalarının üstesinden gelir. Bu tamamen temassız algılama modu, yalnızca karmaşık kavisli bileşenlerin çevrimiçi değerlendirilmesindeki zorlukları çözmekle kalmaz, aynı zamanda malzemelerin tüm yaşam döngüsü boyunca sağlığının izlenmesi için önemli teorik destek ve teknik yollar da sağlar.









