应用于激光超声检测的新型光偏转探测技术.pdf

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1、50传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第lO期应用于激光超声检测的新型光偏转探测技术白茂森，傅星，DanteDorantes，金宝印，胡小唐(天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室。天津300072)摘要：针对现有激光超声薄膜杨氏模量测量方法，提出了一种新型的光束微偏转探测技术。该技术采用差分检测方法抑制了系统共模噪声；采用共焦结构增强了检测系统稳定性、减弱了环境扰动的影响。并阐述了此探测技术的工作原理。将其应用于激光超声薄膜杨氏模量

2、测量系统，获得了声表面波在标准样品中的传播色散曲线。实验色散曲线与理论计算值的良好拟和验证了此探测技术的实用性。关键词：激光超声检测；差分检测；共焦结构；声表面波；光偏转中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)10-0050-03Anovellightdeflectiondetectingtechnologyappliedinlaser—generatedultrasonicdetectionBAIMao-sen，FUXing，DanteDorantes，JINBao-yi

3、n，HUXiao—tang(StateKeyLaboratoryofPrecisionMeasuringTechnologyandInstruments，TianjinUniversity，Tianjin300072，China)Abstract：Aimedatthinfihn’SYoung’Smodulusmeasurementmethodbylasergeneratedultrasonic，anovellightdeflectiondetectingmethodisproposed．thistechnol

4、ogyadoptsdifferentialdetectingmethodtorestraincommonmodelnoises．Confocalstructureisusedtoenhancethesystem’Sstabilityandtoreduceinfluenceofdisturbancesofenvironment．Itsworkingprincipleisexplained．Thismethodisappliedinfilm’SYoung’Smodulusmeasuringsystembylase

5、rgeneratedSurfaceacousticwave(SAW)．AnexperimentaldispersioncurveofSAWpropagationinastandardsampleisobtained．Goodfittingresultofthisexperimentaldispersioncurvewithitstheoreticalcalculationcurveprovesthisdetectingmethod’Spracticability．Keywords：laser—generate

6、dultrasonicdetection；diferentialdetection；confocalstructure；surfaceacousticwaves(SAW)；lightdeflection0引言种新型光束偏转敏感探测方法，并将其应用于激光SAW薄深人研究薄膜杨氏模量等机械特性的表征测量方法已膜杨氏模量测量系统，用以检测激光脉冲激发的SAW信成为发展现代集成电路、微机电系统、航天涂敷材料、切割号。该探测方法采用差分探测方式抑制了系统的共模噪工具耐磨涂层等高端技术的必备条件。目前，薄膜机械特声，并采

7、用共焦光学结构，增强了系统稳定性，减小了检测性测量方法主要有纳米压痕法、弯曲疲劳测试法以及激光环境扰动对探测结果的影响。基于此探测方法检测出了超声表面波法争。其中，激光超声表面波法由于其快SAW在标准样品中的传播色散曲线。此实验色散曲线与速、非接触、无损伤、精度高等特点而备受青睐。其理论计算色散曲线的良好拟和结果证明了此探测方法的对激光激发的宽频声表面波进行有效的探测是激光超实用性。声表面波测量法的关键之一。现有的探测技术主要有1实验系统压电传感法、光干涉法以及光束偏转敏感探测法图1所示为基于本文设计的光偏转

8、探测方法的激光等。其中，光束偏转敏感法具有探测灵敏度高、响应时间快SAW薄膜杨氏模量测量平台结构图。图中虚线框内部分等优点，非常适于宽带激光声表面波(surfaceacausticwave，即为本文设计的新型差分共焦光束微偏转探测器。SAW)探测。图中，l为中央计算机；2为载物台驱动器；3为皮秒脉本文针对激光SAW薄膜杨氏模量测量方法，提出了一冲激光器；4，2O为扩束准直器；5，1l，14，17为聚