01
การแนะนำ
เทคโนโลยีการตรวจจับด้วยแสงมีบทบาทสำคัญในการทดสอบด้วยเลเซอร์อัลตราโซนิก (LUT) และมีข้อได้เปรียบเหนือเซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกแบบดั้งเดิม การตรวจจับด้วยแสงแบบไม่สัมผัส-ไม่รบกวนสนามอัลตราโซนิก และช่วยให้จุดตรวจจับเคลื่อนที่อย่างรวดเร็วด้วยความแม่นยำเชิงพื้นที่ที่แม่นยำ การตรวจจับด้วยแสงครอบคลุมช่วงความถี่กว้างในย่านความถี่สูง- ทำให้สามารถระบุและวิเคราะห์คลื่นอัลตราโซนิกได้ ในทางตรงกันข้าม เซ็นเซอร์เพียโซอิเล็กทริกเผชิญกับความท้าทายในการตรวจจับสัญญาณความถี่สูง-เนื่องมาจากข้อจำกัดของคุณสมบัติของวัสดุ อย่างไรก็ตาม ความไวของการตรวจจับด้วยแสงจะลดลงอย่างมากเมื่อต้องรับมือกับวัตถุที่กระจัดกระจาย ผลกระทบของคลื่นอัลตราโซนิกบนลำแสงส่วนใหญ่สามารถแบ่งได้เป็นการปรับความเข้มและการมอดูเลตเฟสหรือความถี่ เนื่องจากความถี่ของแสงที่สูงมาก เครื่องตรวจจับแสงในปัจจุบันจึงไม่สามารถวัดเฟสของแสงได้โดยตรง และสามารถตรวจจับได้เฉพาะความเข้มของแสงเท่านั้น หากต้องการรับข้อมูลเฟสของลำแสง ลำแสงจะต้องถูกมอดูเลตเพื่อแปลงข้อมูลเฟสเป็นข้อมูลความเข้ม ซึ่งจะถูกกู้คืนผ่านดีโมดูเลชั่น
02
เทคนิคการปรับความเข้ม
เทคนิคการปรับความเข้มจะได้รับข้อมูลการสั่นและการกระจัดของพื้นผิวโดยการตรวจสอบความผันผวนของความเข้มของแสง แนวทางนี้ประกอบด้วยเทคนิคโพรบ-ของปั๊ม เทคนิคการโก่งตัวของแสง และเทคนิคการเลี้ยวเบนของเกรตติ้งพื้นผิวเป็นหลัก เทคนิคการตรวจสอบปั๊ม-ใช้เพื่อระบุลักษณะไดนามิกที่เร็วเป็นพิเศษและการตอบสนองทางเสียงระดับไมโคร- ถึงระดับนาโน ดังที่แสดงในรูปที่ 1 หลักการเกี่ยวข้องกับการใช้แสงปั๊มพลังงานสูง-เพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนรูปเทอร์โมอิลาสติกชั่วคราวหรือพัลส์อัลตราโซนิกความถี่สูง-ในวัสดุ ตามด้วยการสุ่มตัวอย่างด้วยแสงโพรบที่มีการหน่วงเวลาที่ควบคุมได้ การรบกวนหรือการเคลื่อนตัวของดัชนีการหักเหของแสงที่เกิดจากอัลตราซาวนด์จะเปลี่ยนลักษณะการสะท้อนของแสงจากโพรบ ด้วยการปรับการหน่วงเวลาระหว่างพัลส์ทั้งสองโดยใช้ขั้นตอนการแปลเชิงกลไก ระบบสามารถบันทึกวิวัฒนาการแบบไดนามิกของอัลตราซาวนด์ในระดับพิโควินาทีหรือเฟมโตวินาที เทคนิคการโก่งตัวด้วยแสงจะตรวจจับความเอียงทางเรขาคณิตเฉพาะจุดที่เกิดจากคลื่นเสียงที่พื้นผิว เมื่ออัลตราซาวนด์ผ่านจุดตรวจจับ การเอียงเล็กน้อยของพื้นผิวทำให้เกิดการเบี่ยงเบนเชิงพื้นที่ของลำแสงที่สะท้อน ด้วยการนำสิ่งกีดขวางทางกายภาพเข้าสู่เส้นทางแสง การกระจัดเชิงมุมจะถูกแปลงเป็นความผันผวนของความเข้มแสงที่เครื่องตรวจจับได้รับ ความถี่ของความผันผวนเหล่านี้สะท้อนถึงลักษณะทางกายภาพของสนามเสียงบนพื้นผิวโดยตรง เทคนิคการเลี้ยวเบนของตะแกรงพื้นผิวเหมาะสำหรับพื้นผิวที่มีโครงสร้างจุลภาคเป็นระยะ เมื่ออัลตราซาวนด์แพร่กระจาย ก็มักจะทำให้เกิดการปรับเปลี่ยนตะแกรงเล็กน้อย ซึ่งจะเปลี่ยนมุมและการกระจายพลังงานของคานที่เลี้ยวเบน ด้วยการตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงความเข้มของแสงที่เลี้ยวเบนตามคำสั่งเฉพาะ ระบบสามารถดึงข้อมูลการกระจัดแบบไดนามิกของพื้นผิวที่ระดับต่ำกว่า-นาโนเมตร
03
การปรับเฟสและอินเทอร์เฟอโรเมทของ Fabry–Perot
เทคโนโลยีการปรับเฟสใช้หลักการรบกวนของแสงที่เชื่อมโยงกันเพื่อแปลงการเปลี่ยนเฟสที่ถูกมอดูเลตโดยการสั่นแบบอัลตราโซนิกให้แปรผันตามความเข้มของขอบสัญญาณรบกวน โดยทั่วไปเทคโนโลยีนี้จะได้รับความแม่นยำระดับนาโนเมตร-หรือต่ำกว่านั้นด้วยซ้ำ การตรวจจับอินเทอร์เฟอโรเมตริกสามารถแบ่งออกเป็น-การรบกวนของแสงอ้างอิง และ-การรบกวนจากการอ้างอิงตัวเอง การรบกวนของแสงอ้างอิง-ประกอบด้วยการรบกวนด้วยค่าความแตกต่างทาง-เส้นทาง-เป็นศูนย์และการรบกวนแบบเฮเทอโรไดน์ ในขณะที่รูปแบบการอ้างอิงในตัวเอง- ได้แก่ การรบกวนแบบหน่วงเวลา การรบกวนแบบโฮโลกราฟิกแบบปรับตัว และการตรวจจับการกระเจิงด้วยเลเซอร์ ในแผนดีโมดูเลชันเฟส อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์ Fabry–Perot เป็นเทคนิคหลักสำหรับการตรวจจับด้วยเลเซอร์อัลตราโซนิก วิธีการนี้ทำให้เกิดการซ้อนทับกันของลำแสงหลาย ๆ ลำผ่านช่องเรโซแนนซ์ที่เกิดจากกระจกสะท้อนแสงสูงสองตัว (รูปที่ 2) เมื่อข้อมูลเฟสการสั่นสะเทือนของพื้นผิวโพรบเข้าสู่ช่อง ลำแสงจะสะท้อนหลายครั้งระหว่างกระจก ทำให้ขอบสัญญาณรบกวนคมชัดมาก เมื่อการกระจัดที่เกิดจากอัลตราโซนิก-ทำให้เกิดการเปลี่ยนเฟส สภาพเรโซแนนซ์จะเคลื่อนไป ส่งผลให้เกิดความผันผวนเชิงเส้นอย่างมากในความเข้มของแสงที่ส่งหรือสะท้อน เมื่อเปรียบเทียบกับอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ของ Michelson ทั่วไป อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Fabry–Perot แสดงความทนทานต่อการสั่นสะเทือนทางกลของสิ่งแวดล้อมได้สูงกว่า และมีการคอลลิเมชันเชิงแสงที่มากกว่า ส่งผลให้มีความไวที่ดีกว่าเมื่อต้องรับมือกับพื้นผิวที่ขรุขระของส่วนประกอบการบินและอวกาศขนาดใหญ่ ด้วยการควบคุมความยาวของช่องด้วยเซรามิกเพียโซอิเล็กทริก ระบบสามารถล็อคจุดปฏิบัติการในบริเวณที่ละเอียดอ่อนที่สุดของเส้นโค้งการรบกวน ทำให้สามารถดึง-ความเป็นเชิงเส้นสูงของสัญญาณเสียงการสั่นสะเทือนทางเสียงที่อ่อนแอได้ นอกจากนี้ อินเทอร์เฟอโรมิเตอร์โฮโลแกรมแบบปรับเปลี่ยนได้ยังใช้คริสตัลการหักเหของแสงเพื่อบันทึกรูปแบบการรบกวนแบบไดนามิก โดยชดเชยการบิดเบือนของคลื่นที่เกิดจากการรบกวนของสิ่งแวดล้อมหรือสัณฐานวิทยาของพื้นผิวที่ซับซ้อนโดยอัตโนมัติ ช่วยเพิ่มเสถียรภาพของระบบในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมที่รุนแรง เทคโนโลยีการตรวจจับการกระเจิงด้วยเลเซอร์จะรวบรวมข้อมูลการสั่นสะเทือนโดยการวิเคราะห์วิวัฒนาการแบบไดนามิกของการกระจายสนามจุดจุด แม้ว่าความละเอียดของการกระจัดสัมบูรณ์จะด้อยกว่าวิธีอินเทอร์เฟอโรเมตริกบริสุทธิ์เล็กน้อย แต่ก็มีความทนทานสูงเมื่อจัดการกับพื้นผิวที่ยังไม่ผ่านกระบวนการและมีการกระจายตัวสูง ซึ่งทำหน้าที่เป็นแนวทางเสริมในการระบุลักษณะเฉพาะของวัสดุการบินและอวกาศที่ซับซ้อน (ดังแสดงในรูปที่ 3) อินเตอร์เฟอโรมิเตอร์แบบเฮเทอโรไดน์สร้างสัญญาณบีตโดยนำเสนอความแตกต่างของความถี่ แก้ไขปัญหาการเคลื่อนตัวของสัญญาณ DC ได้อย่างมีประสิทธิภาพ และเพิ่มความแม่นยำในการวัดในสภาพแวดล้อมแบบไดนามิก
04
สรุป
หลักการตรวจจับด้วยแสงของการทดสอบด้วยเลเซอร์อัลตราโซนิกสร้างระบบที่สมบูรณ์ตั้งแต่การแปลงพลังงานทางกายภาพไปเป็นการแยกสัญญาณเฟส เทคโนโลยีการปรับความเข้มซึ่งมีโครงสร้างที่ใช้งานง่ายและ-การตอบสนองตามเวลาจริง มีบทบาทสำคัญใน-การตรวจสอบกระบวนการที่มีความเร็วสูงและการกำหนดลักษณะเฉพาะระดับไมโคร-ระดับนาโน เทคโนโลยีการปรับเฟสที่แสดงโดยอินเทอร์เฟอโรมิเตอร์ Fabry-Pérot เอาชนะข้อจำกัดของการตรวจจับแบบไม่สัมผัส- ในแง่ของความไวและความละเอียดด้วยวิธีการเชื่อมโยงกันของแสงที่แม่นยำ โหมดการตรวจจับแบบไม่สัมผัส-โดยสมบูรณ์นี้ไม่เพียงแต่จัดการกับความท้าทายของการประเมินออนไลน์ของส่วนประกอบโค้งที่ซับซ้อน แต่ยังให้การสนับสนุนทางทฤษฎีที่สำคัญและเส้นทางทางเทคนิคสำหรับการตรวจสอบสุขภาพของวัสดุตลอดวงจรชีวิตทั้งหมด
