摘 要

目前，利用激光的超声检测大多都是基于扫描式，而此种方式计算量大且效率低下，通过改变探测方式和利用缺陷对超声波的散射及反射作用可以提高探测效率。通过较为简单的数据处理和利用简便的定位算法对快速定位有着重要的意义。本文围绕着如何提高探测效率和快速缺陷定位主要做了如下几个方面的工作：

1. 研究如何利用激光超声检测技术对缺陷检测和快速定位，找到一种能够通过简单的算法来得到缺陷具体位置的方法；
2. 认知超声波在铝板中的传播特性和在铝板传输过程之中遇到缺陷时会产生什么样的传播路径的改变；
3. 利用激光超声场检测仪对铝板进行检测，并利用其软件系统进行数据采集和简单的数据处理和分析
4. 利用MATLAB对采集数据进行数据处理，并根据缺陷定位的算法进行缺陷定位，最后进行了简要的误差来源分析。

本论文的研究内容主要是为了提高缺陷定位的效率和减少缺陷定位的计算量和数据分析量，通过设计缺陷定位的算法，确实能够快速的对缺陷进行定位，且减少了复杂的运算和分析处理。

关键词：缺陷定位；激光超声检测；数据处理；光声效应

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Abstract

At present, the laser ultrasonic detection are mostly based on the scanning, and this calculation large quantity and low efficiency, by the defects of ultrasonic scattering and reflection and the changes of detection can improve the detection efficiency. Through a simple data processing and the use of simple positioning algorithm for rapid positioning is of great significance. This paper mainly focused on how to improve the detection efficiency and fast defect location: At present, the laser ultrasonic detection are mostly based on the scanning, and this calculation large quantity and low efficiency, by the defects of ultrasonic scattering and reflection and the changes of detection can improve the detection efficiency. Through a simple data processing and the use of simple positioning algorithm for rapid positioning is of great significance. This paper mainly focused on how to improve the detection efficiency and fast defect location: At present, the laser ultrasonic detection are mostly based on the scanning, and this calculation large quantity and low efficiency, by the defects of ultrasonic scattering and reflection and the changes of detection can improve the detection efficiency. Through a simple data processing and the use of simple positioning algorithm for rapid positioning is of great significance. This paper mainly focused on how to improve the detection efficiency and fast defect location: 窗体顶端

At present, the use of laser ultrasonic testing is mostly based on scanning, and the way needs to do large amount of calculation and is of low efficiency, by changing the detection mode and defect of ultrasonic scattering and reflection effect can be used to improve the detection efficiency. By relatively simple data processing and using simple localization algorithm is of great significance for rapid positioning. This article mainly revolves around how to improve the detection efficiency and rapid defect location .do the following several aspects: 

1.  to study how to use the laser ultrasonic detection technology of defect detection and rapid positioning, find a way to through a simple algorithm to get the defect location method; 
2.  cognitive the ultrasonic propagation characteristics in aluminum plate and defects encountered in the transmission process of aluminum plate will produce what kind of the change of the propagation path; 
3.  using laser ultrasound field detection instrument to test the aluminum plate, and use of the software system for data acquisition;
4.    using MATLAB to collect data, data processing and defect location according to the defect location algorithm, finally has carried on the brief analysis of the error source.

The research content of this paper is aimed to improve the efficiency of the defect location and reduce the computational burden of the defect location and amount of data analysis, through the design flaw location algorithm, can fast to locate defects, and reduces the complex computation and analysis.

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Key words：defect location；laser ultrasonic testing；data processing；photoacoustic effect

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目录

摘要 I

Abstract II

目录 III

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2研究目的及意义 1

1.3 国内外研究现状 1

1.4 研究内容及方法 2

1.4.1 研究内容 2

1.4.2 研究方法 3

第二章 基于光声效应的激光超声检测 4

2.1 光声效应 4

2.2 激光超声检测技术 4

2.2.1 激光超声激发机理 4

2.2.2 热弹机制 6

2.2.3 烧蚀机制 9

2.2.4 其他激发原理 10

2.3 激光超声波的检测技术 10

2.3.1 压电换能器（PZT）检测法 10

2.3.2 光学检测法 10

第三章 利用激光超声场检测仪对铝板的缺陷检测 11

3.1 铝中超声表面波的传播 11

3.2 激光超声场检测仪 12

3.2.1 激光超声场检测仪的概述 12

3.2.2 激光超声波检测仪的工作原理 13

3.2.3 激光检测仪的A扫图的产生原理 14

3.3 利用检测仪缺陷定位的实验过程 15

3.3.1 操作说明 15

3.3.2 MATLAB处理数据 20

第四章 铝板中的缺陷定位方法研究 23

4.1 检测铝板的缺陷 23

4.2 超声波在铝板之中的传播路径分析 24

4.3 缺陷定位方法 25

4.4 结果误差分析 26

第五章 总结与展望 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

参考文献 28

致谢 29

第一章 绪论

1.1 研究背景

目前，超声检测技术是众多无损检测技术中最常用的检测技术，其也被用于工业生产中的许多领域。20世纪30年代，超声波开始被利用于无损检测。经过30年的发展，超声检测已经成为有效而可靠的无损检测技术。80年代末随着计算机和电子技术的发展，出现了数字式超声检测仪，更是大大刺激了超声无损检测技术的发展。技术的巨大发展使得其被广泛应用于工业的几乎所有探伤领域，也被用来进行缺陷的定位研究^[1]。自White首次提出在固体表面用脉冲激光激发超声以来，该检测技术以其强大的优点成为光声检测技术中的新热点。基于激光光声效应的超声检测技术，其产生的超声场受到很少的干扰甚至可以不受任何干扰，这使得它在缺陷定位时有更好的准确性，可以极大的减小外界环境对实际定位的影响^[2]。

1.2研究目的及意义

现在的缺陷定位大多数都是基于扫描式，这样会产生大量的数据，需要进行大量运算不利于提高效率。本论文的缺陷定位方式是定点式，基于三点对表面缺陷进行定位，不需要对大量数据进行处理，只需要根据三点的坐标和各点的超声检测波形便可以通过一定算法精确的找到缺陷位置，精简了计算和数据处理的复杂性，提高了定位效率可以利用到批量的缺陷定位之中。

1.3 国内外研究现状

激光激发超声检测技术作为一门新兴技术，是传统超声检查技术的进一步发展，涉及到声学、光学、热学、电学等多个学科^[3]。相比于传统传统超声检测技术，基于激光光声效应的超声检测技术有以下优点^[4]：

1. 非接触，不存在耦合介质问题，且激光探测可使被测超声波不受任何干扰；
2. 远程测量，可应用于恶劣环境，大大减少系统复杂性；
3. 快速的光学测量方法；
4. 可用于异型工具；
5. 超声源可以认为是一个点；
6. 宽带，时间精度高；
7. 可以产生重复的波形和幅值，尤其是热弹变形引起的；
8. 可以通过光学方法实现体波和表面波的指向性。

激光超声检测凭借其众多优点和特性，具有很好的应用和发展前景，也存在着一些缺点，比如：光声能量转换效率低、声音信号弱等。

低效率的光声能量转换。利用热弹机制的激光超声广泛利用于无损检测，能量转换效率极低，低于1%，激发的超声波很弱，使得检测的分辨率不高。也可以采取一定方法提高转换效率：适当加大激光辐射能量，如果能量太大，会损伤被测物体的表面；在试样表面涂上不同的液体涂层，来提高检测物体的光学吸收效率；使用表面更光滑的被测样品，降低光的散射；或者使用高功率的激光器^[5]。