便携式真空加载剪切电视全息无损检测系统研究

半导体泵浦的YAG倍频激光器体积非常小,为25 mm×30 mm,CCD摄像机与方棱镜等构成的剪切光学头部分体积为200 mm×80 mm×80mm,安装在350 mm×500 mm的圆桶形真空室中(如图2虚线框所示),手持部分总重量小于8 kg,便于携带.真空室与真空泵相联,由计算机控制真空加载.由于真空室直径为350 mm,因此每次抽真空加载所检测的区域也就是直径350 mm的面积.对于大的检测面积,可采用多次分块检测的办法完成,即检测完一处后,移动到下一处检测,直至全部检测完毕.

若要得到定量数据,需采用相移技术.我们使用相移器实现相移.压电陶瓷晶体一端固定,自由端粘贴一球面反射镜,在压电陶瓷晶体两极加直流电压V.由于PZT具有电致伸缩效应,改变加在压电陶瓷晶体上的电压可以引起压电陶瓷晶体的收缩与膨胀,带动反射镜移动,使参考光波相位发生变化.伸缩量S与电压V的关系为

式中:E为加在PZT上的电场强度; d33为加压方向的压电系数; M3为电致伸缩系数; t为两电极间的距离.d33和M3是与PZT材料有关的参数,对某一选定的PZT晶体,其纵向尺寸t一定.可以通过改变加在PZT上的电压V来改变PZT晶体的伸缩量,达到人为相移的目的.相移器由计算机通过D/A自动控制.

系统软件是Windows环境下的应用程序,在Pentium100微机上工作时,每幅图的检测时间少于1 s.

3　真空加载方式下的无损检测机理

由于剪切激光电视全息技术对被测物体表面位移梯度敏感,因此,必须采用适当的加载方式使被测物体内部缺陷表现出来,我们采用真空加载方式.图3为带有脱粘缺陷的胶接结构示意图.当改变真空室内的压力时,被测试件内封闭缺陷部位的内外表面将产生压力差;另一方面,由于脱粘缺陷区是无约束的,因此该区域将产生一定程度的变形,发生离面位移,与它对应的表面变形量与周围相比有一个位移梯度,在散斑图上将出现特征条纹.剪切全息正是通过测量这个位移梯度来判断缺陷的存在位置及大小的.

4　实验结果

铝蒙皮蜂窝结构航空复合材料是航空工业的一种重要材料.如果铝蒙皮与蜂窝之间有脱粘情况发生,将使铝蒙皮蜂窝结构复合材料的强度大大降低,严重影响航空飞行器的安全,因此必须对其进行严格的无损检查.我们用此测量系统对铝蒙皮蜂窝结构复合材料脱粘缺陷进行了无损检测,图4为检测结果,由图中可清楚直观地看到缺陷的位置和大小.由于刚体位移不产生应变,因此真空加载剪切电视全息无损检测系统对刚体运动不敏感,能更加清楚地观察缺陷,这是剪切电视全息无损检测系统与激光全息检测和普通电视全息检测方法相比突出的优点之一.

5　结　论

本文介绍的便携式真空加载剪切电视全息无损检测系统,对大件铝蒙皮蜂窝结构航空复合材料进行分块抽真空加载和检测,取得了满意的效果,解决了实际工程中大构件铝蒙皮蜂窝结构航空复合材料的无损检测问题,使散斑干涉计量技术走向实用化大大前进了一步