激光超声透射波表征表面缺陷深度的仿真研究

刘 辉， 郑 宾， 王召巴， 郭华玲

(1. 中北大学 信息与通信工程学院， 山西 太原 030051； 2. 中北大学 计算机与控制工程学院， 山西 太原 030051)

激光超声透射波表征表面缺陷深度的仿真研究

刘 辉1， 郑 宾2， 王召巴1， 郭华玲2

(1. 中北大学 信息与通信工程学院， 山西 太原 030051； 2. 中北大学 计算机与控制工程学院， 山西 太原 030051)

针对金属构件表面微小缺陷非接触式定量检测的难题， 采用有限元法模拟了激光超声波与不同深度的表面缺陷的相互作用， 研究了瑞利透射波的时域和频域特征与表面缺陷深度的关系. 通过分析时域和频域特征的产生机制， 提取出“TR波的到达时间”、 “TR波峰峰值”、 “TRS波的到达时间”、 “透射波极限频率”4个与缺陷深度相关的特征量， 并得出了“TRS波的到达时间”特征量与表面缺陷深度的数学关系表达式. 结果表明： “TRS波到达时间”特征量与表面缺陷深度呈线性增加关系， “透射波极限频率”特征量与表面缺陷深度呈非线性单调递减关系， 可利用这两个特征量进行表面缺陷深度的定量表征.

激光超声； 透射Rayleigh波； 特征量； 表面缺陷

激光超声检测所具有的非接触测量、 宽的信号带宽、 适用材料广、 可重复产生很窄的超声脉冲以及具有极高的时间和空间分辨率等优点[1-4]， 使其在无损检测领域已得到越来越广泛的应用[3-7]. 近几十年来， 许多学者致力于研究激光诱导的Rayleigh波检测表面破裂裂纹的特征， 并取得了重大的研究成果[8-13]. 探测表面缺陷的方法依赖于由缺陷引起的反射波与透……