[發明專利]基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法

有效

• 申請號: 201911150327.6
• 申請日: 2019-11-21
• 公開（公告）號: CN110887813B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 周文靜;黃光彩;于瀛潔;劉詩麗;沈紅霞
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01N21/45
• 分類號: G01N21/45;G01N21/59
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 張海青

本發明公開基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法，包括以下步驟：超聲波激發樣本、光波記錄、形成單幅層析聲光全息圖、相位信息數值重建、全局檢測；本發明采用聲光調制器件對激光器的激光光源進行調制形成兩束不同頻率的光波，各自構成馬赫?澤式干涉系統記錄超聲波的反射波和透射波信息，最后合并記錄在同一幅全息圖中形成單幅層析聲光全息圖，反射?透射雙模式干涉光路有利于避免反射波信息和透射波信息的互相干擾，并再加上通過圖像采集器采用點傳感、面輸出的時間延遲積分掃描CCD配合同步控制系統對超聲載波信息進行面掃描記錄，能提高信息記錄的完整性和信息冗余性。

技術領域

本發明涉及材料檢測方法領域，尤其涉及基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法。

背景技術

功能梯度材料是一種集合各種組分(如金屬、陶瓷、纖維、聚合物等)、結構、物性參數和物理、化學、生物等單一或復合性能都呈連續變化，以適應不同環境以及極端情況(如超高溫、大溫差等)，實現某一特殊功能的一類新型復合材料；

現有技術中，還沒有一種方法能實現對功能梯度材料內部微觀結構的全局檢測，即使有針對其他材料的一些方法，對功能梯度材料來說，也存在著檢測信息互相干擾、信息記錄不夠完整性，材料微觀結構分辨率和梯度分辨率達不到檢測需求的問題，因此，本發明提出基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法以解決現有技術中存在的問題。

發明內容

針對上述問題，本發明提出基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法，該方法采用聲光調制器件對激光器的激光光源進行調制形成兩束不同頻率的光波，各自構成馬赫-澤式干涉系統記錄超聲波的反射波和透射波信息，最后合并記錄在同一幅全息圖中形成單幅層析聲光全息圖，反射-透射雙模式干涉光路有利于避免反射波信息和透射波信息的互相干擾，并再加上通過圖像采集器采用點傳感、面輸出的時間延遲積分掃描CCD配合同步控制系統對超聲載波信息進行面掃描記錄，能提高信息記錄的完整性和信息冗余性，最終實現對功能梯度材料內部微觀結構的全局檢測，材料微觀結構分辨率可達到亞微米量級，梯度分辨率達到納米量級，能滿足絕大多數材料結構檢測需求。

為了解決上述問題，本發明提出基于數字聲光全息實現功能梯度材料微觀結構檢測方法，包括以下步驟：

步驟一：超聲波激發樣本

用獨立超聲波激發被測功能梯度材料，利用超聲波攜帶材料內部梯度信息傳播輸出，把非透明材料通過聲波激發與載波轉換成可見光波波段內的“透明”材料；

步驟二：光波記錄

超聲波攜帶材料內部梯度信息傳播輸出后，形成反射波和投射波，然后采用聲光調制器件對激光器的激光光源進行調制形成兩束不同頻率的光波，兩束不同頻率的光波分別通過反射鏡和分光鏡的折射，分別記錄超聲波的反射波和透射波信息；

步驟三：形成單幅層析聲光全息圖

記錄反射波的光波再次經過分光鏡的折射，記錄透射波的光波再次經過反射鏡和分光鏡的折射，最后通過分光鏡合并記錄在圖像采集器中的同一幅全息圖中，形成單幅層析聲光全息圖；

步驟四：相位信息數值重建

利用光全息圖中不同波長、不同重建距離實現反射波信息和透射波信息的分離，實現超聲波信息的解調；

步驟五：全局檢測

根據解調所得的聲波信息，結合聲場理論，定量映射獲得材料梯度信息，最終實現功能梯度材料內部微觀結構的全局檢測。

進一步改進在于：所述步驟三中，圖像采集器采用點傳感、面輸出的時間延遲積分掃描CCD，或面陣傳感CCD中的一種，且配合同步控制系統對超聲載波信息進行面掃描記錄。

進一步改進在于：所述步驟五中，材料微觀結構分辨率達到亞微米量級，梯度分辨率達到納米量級。