研究目的
开发一种光声无损评估（pNDE）系统，用于以超高分辨率检测碳纤维增强塑料（CFRP）复合材料中的多尺度损伤。
研究成果
所开发的pNDE系统在航空航天、汽车和土木工程等众多工程领域中展现出巨大的损伤检测与质量评估潜力。该系统能以60微米的高空间分辨率，通过二维和三维图像识别并呈现复合材料层压板样本中的微观损伤前兆。同时采用超声C扫描模式快速检测并呈现包括分层和横向层间裂纹在内的宏观冲击损伤。
研究不足
当前pNDE检测速度受限于扫描过程中单个超声探头进行信号采集。采用光扫描振镜系统可显著提升成像速度。激光脉冲重复频率的进一步提升主要受限于原始数据存储时间和碳纤维增强复合材料内部超声波传播时间。
1：实验设计与方法选择：
pNDE系统由皮秒脉冲激光超声激励器、超声接收器和数据采集/计算子系统组成。通过脉冲激光产生高频超声波并由超声接收器记录，采用二维反投影算法从记录的超声信号中重建pNDE图像。
2：样本选择与数据来源：
CFRP复合材料样本采用商用预浸碳纤维织物制备，在复合材料表面切割浅X形缺口以产生微观损伤前驱体，通过低速冲击载荷产生宏观损伤。
3：实验设备与材料清单：
皮秒激光器（COMPILER 532/266，Passat公司）、PZT超声换能器（V2062和U8517149，奥林巴斯NDT）、低噪声前置放大器（ZFL-1000LN+，Mini-Circuits）、二级放大器（ZFL-500+，Mini-Circuits）、数据采集卡（NI PCI-5153EX，美国国家仪器）。
4：实验流程与操作步骤：
复合材料样本在二维平移台上以0.05 mm/s的平均速度移动，平移台的位置同步输出触发脉冲激光器，超声信号以A扫描、B扫描和C扫描模式记录分析。
5：05 mm/s的平均速度移动，平移台的位置同步输出触发脉冲激光器，超声信号以A扫描、B扫描和C扫描模式记录分析。 数据分析方法：
5. 数据分析方法：基于反投影的光声重建在MATLAB中实现，对所有记录的光声信号应用时间增益补偿（TGC）函数进行声衰减补偿。
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picosecond laser
COMPILER 532/266
Passat, Ltd.
Generation of ultrasound signals in composite samples
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scanning stage
LMS203 Fast XY Scanning stage
Thorlabs
Securing the scanned composite target
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PZT ultrasound transducers
V2062
Olympus NDT
Capture of photoacoustic signals
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PZT ultrasound transducers
U8517149
Olympus NDT
Capture of photoacoustic signals
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low-noise preamplifier
ZFL-1000LN+
Mini-Circuits
Preparation of weak electrical signals from the transducer
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second-stage amplifier
ZFL-500+
Mini-Circuits
Further improvement of the signal-to-noise ratio (SNR)
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data acquisition card
NI PCI-5153EX
National Instruments
Recording of the pre-processed ultrasonic signals
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