激光聲檢測系統
一、激光聲檢測技簡介
激光聲是一種非接觸,高,傷的新型聲檢測技。它利用激光脈沖在被檢測工件中激發聲波,并用激光束探測聲波的傳播,從而獲取工件信息，比如工件厚度、內部及表面缺陷，材料參數等等。該技接合了聲檢測的高和光學檢測非接觸的優點,具有高靈敏度(亞納米級),高檢測帶寬(GHz)的優點。 激光聲檢測技在上世紀九十年代晚期出現成熟的商用系統并早在無縫鋼管產業開始應用。目前該技的成熟工業應用已經擴展到硅片檢測，激光焊接焊縫質量在線監控，風力發電機葉片檢測，飛機機身搭接腐蝕檢測，高溫陶瓷，金屬，復合材料檢測，電子元器件/半導體封裝質量檢測，各種材料涂層缺陷檢測等眾多領域，針對其他應用的商用系統也不斷成熟并走向市場。
本公司開發的激光聲檢測系統，其是一臺高、高帶寬激光測振儀和激光聲信號分析軟件； 以及結合各工業行業的檢測條件及檢測需求量身定制的檢測系統及檢測服務。系統的硬件（激光測振儀）是基于雙波混合的自適應干涉儀，具有光路簡單，檢測和帶寬高，對工業環境常見的低頻環境噪聲不敏感等優點。激光聲信號分析軟件采用的經網絡算法可實現對材料參數和缺陷的快速表征。針對各工業行業需求量身定制的檢測系統及服務主要面向航空航天、船舶、鋼鐵、、汽車、精密機械、微電子及科研機構，應用于各種傳統手段無法勝任的缺陷檢測，厚度測量，惡劣條件下在線非接觸測量等。
二、產品及服務
（一）自適應激光測振儀
本公司開發的TWM-532型自適應激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時域信號,其檢測帶寬可GHz,靈敏度可以4x10-7 nm rms (W/Hz)1/2。
對于通用型激光測振儀，市場需求主要來自制造業企業研發部門及高校科研院所，行業上主要集中在微電子，汽車，和風電。在這些部門的研發人員中，目前應用廣泛的非接觸式測振儀是基于多普勒效應的激光多普勒測振儀。而激光多普勒測振儀的主要問題是檢測帶寬低（DC-25MHz），無法對高頻聲振動進行高測量。對于檢測帶寬要求高的場合，比如電子元器件/半導體封裝質量檢測、復合材料缺陷檢測、微機電系統（MEMS/NEMS）檢測、各種微結構、材料薄膜（微米-納米尺度）檢測等，聲振動頻率可以幾十到幾百MHz，而工程師則沒有現成的非接觸測振儀器可用，往往需要自己搭建檢測系統，或者與科研機構合作，不費時費力，而且成本高昂。而我們推出的產品則填補了非接觸式激光測振儀領域從幾十MHz到GHz頻段的空白，將用戶的研發人員從實驗平臺搭建的繁瑣勞動中解放出來，使其專注于產品研發或學研究，大大節省人力資源，降。
（二）主要技與性能指標
雙波混合自適應激光測振儀直接輸出與樣品表面起伏成正比的時域信號,其檢測帶寬可GHz， 靈敏度可以4x10-7 nm rms (W/Hz)1/2。根據用戶要求可定制激發激光器，掃描系統，以及數據采集和控制軟件。
噪聲等效表面位移 (Noise Equivalent Surface Displacement) | 4X10-7 nm (W/Hz) 1/2 | ||||
檢測帶寬上限 | 20 MHz, 100 MHz, 350MHz or 1 GHz | ||||
檢測帶寬下限 | 100 Hz or 1 kHz | ||||
探測距離 | From 100 mm to 500 mm | ||||
探頭集光孔徑 | ~ 50mm | ||||
探頭焦深 | from 0.5 mm to 50 mm | ||||
模擬輸出 |
| ||||
探測激光功率 | 150 mW to 500 mW (internal) - Up to 15 W external （可選） | ||||
探測激光波長 | 532nm | ||||
電氣要求 | 110/220 V, 50/60 Hz | ||||
尺寸/重量 | | ||||
可選項（A） 2-D掃描系統 | Two linear stages and controller; range of specifications available | ||||
可選項（B） 激發激光器 | Q-switched Nd:YAG at 1064 nm Pulse width: 10 ns; pulse energy: 50, 200 or 400 mJ Optional: Fiber Delivery | ||||
可選項（C）數據采集與控制軟件 | WaveScan software: Scanning system motion control, data acquisition, processing and display A-scan, B-scan, C-scan; specialized processing Desk computer with data aquisition card: PC running Windows 7 |
（三） 滿足不同行業檢測條件及需求的激光聲檢測系統
本產品主要應用于以下幾類場合:
1. 缺陷檢測：復雜形狀部件缺陷檢測、激光焊接質量檢測、各種材料涂層缺陷檢測、電子元器件/半導體封裝質量檢測、石油、天然氣管道的腐蝕/裂紋檢測、復合材料缺陷檢測、微機電系統檢測、橋梁、建筑等振動檢測
2. 厚度測量：玻璃容器、陶瓷 & 金屬涂層、鋼管 & 鑄鐵管。
3. 工業振動檢測：共振頻譜分析、粗糙表面檢測、高高帶寬檢測、轉動/移動部件檢測，酸、堿、高溫、高壓及輻射等惡劣環境下檢測。
該檢測系統主要由三部分組成：聲波激發激光器（Generation Pulsed Laser用于在試件產生聲波）、高高帶寬激光測振儀（Receiver，包括探測用CW Probe Laser，用于探測聲波信號）、系統控制及信號分析軟件。
對于行業激光聲檢測系統及服務，市場需求來自于制造業的各個重點行業，包括航空航天、船舶、汽車、核工業、、風電。本產品主要針對傳統聲檢測手段無法勝任的場合,即惡劣環境下,高,高帶寬檢測以及在線非接觸檢測。由于傳統的聲檢測多采用壓電換能器產生和獲取聲信號，需要聲波源和探測器接觸被檢測樣品，在一些的應用條件下，比如酸、堿、高溫、高壓及輻射等惡劣環境下，傳統手段無法勝任。而在激光聲技中，探測器與樣品之間避免了接觸，只有激光作為聲信號的傳輸媒介與樣品接觸。此外，激光聲源十分靈活，聲源的形狀、大小取決于光學元件和系統調節，微小點源或細線源在空間上具有很好的局域性（20um-100um），激光激發的聲脈沖寬度可1ns，可對壓電換能器技檢測的微缺陷，微結構，薄膜樣品或有復雜形狀(如航空構件)的試樣實現檢測，包括缺陷、聲速、聲衰減和各向異性特性的檢測。
典型的激光聲檢測：
A．無縫鋼管壁厚在線測量。
在無縫鋼管生產中，壁厚是無縫鋼管為重要的特征參數之一，同時也是鋼管生產廠家要控制并給予用戶的參數。利用激光聲技進行無縫鋼管的壁厚在線測量不能縮短生產線的停工時間，更能改進成品質量，降低返工所帶來的經濟損失。我們基于現有的實驗室系統計劃開發的無縫鋼管在線測厚系統關鍵是解決高溫條件下信號采集系統的準確性和穩定性。要求系統能在1000°C-1500°C左右穩定工作，且厚度測量要0.01mm，在整個鋼管長度上所測量的壁厚≤±0.3％。
B．航空復合材料檢測。
復合材料是現代飛機設計應用的重要材料，在飛機上用量52%，直升機上用量甚至70%以上。目前越來越多的使用大型復合材料通用結構件，而這些大型構件價格不菲，一旦返工，損失就很大。這就要求改進其設計和制造流程，在其制造過程中實時檢測其質量及缺陷。現有的傳統檢測手段無法滿足大面積試件快速現場檢測的要求，而激光聲檢測系統則可以提供高的現場檢測，及時為復合材料工藝優化和結構件制造提供反饋信息，幫助穩定工藝，產品的合格率，降低生產成本。
C．激光焊縫質量在線檢測。
激光焊接在現代制造業中有著廣泛的應用。對于焊接完整性，焊縫尺寸，焊接速度以及焊接變形都有著很高的要求。現有的檢測手段在焊接過程中不能直接監控焊接質量，而激光聲檢測技則可以對焊接過程進行實時監控并向焊接機器人提供反饋，從而終的焊縫質量，大大降低返工率，生產效率。
（三）檢測咨詢及檢測服務
目前國內市場上提供檢測咨詢及服務的公司主要集中在傳統的檢測手段，對于激光聲檢測這種新型的檢測手段，國內還沒有成熟的商用產品出現，更沒有提供檢測咨詢及服務的企業。而國外的幾家激光聲檢測系統生產商尚未進入檢測咨詢及服務領域，此外，由于一些應用的性，（如航空復合材料檢測，較多用于飛機制造），此類檢測咨詢和服務對于國外生產商存在敏感性。我們建設的激光聲檢測實驗室將向用戶提供標準化的檢測服務，為用戶的檢測需求定制檢測方案，提供定制檢測系統。
