Бесконтактные оптические методы возбуждения и регистрации ультразвуковых рэлеевских волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

На правах рукописи

Базылев Петр Владимирович

БЕСКОНТАКТНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЭЛЕЕВСКИХ ВОЛН

01.04.06 - Акустика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток - 2003

Работа выполнена во Всероссийском НИИ физико-технических измерений «Дальстандарт» и Дальневосточном государственном университете путей сообщения

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Ю.Б. Дробот

кандидат физико-математических наук, с.н.с. В.А. Луговой

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Б.А. Касаткин

доктор физико-математических наук, профессор В.И. Строганов

Ведущая организация: Дальневосточный государственный технический университет (г. Владивосток)

Защита состоится 3 октября 2003 года в 14 часов на заседании диссертационного совета Д005.017.02 при Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН. Автореферат разослан «_»_2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук

В.И. Коренбаум

2оо

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Поверхностные акустические волны (ПАВ) Рэлея ультразвукового (УЗ) диапазона частот широко используются при решении многих задач акустики, физики твердого тела, УЗ неразрушающего контроля. При этом важное значение имеет разработка и исследование новых физических методов, позволяющих возбуждать и регистрировать УЗ рэлеевские волны в широком диапазоне частот (от десятков кГц до десятков и сотен МГц) и обеспечивающих возможность существенного (на 2-3 порядка) повышения точности измерений акустических характеристик твердых сред. Это же необходимо и для целей метрологического обеспечения данной области акустических измерений в твердых средах, направленного на повышение достоверности результатов измерений, обеспечение единства измерений в стране.

Бесконтактные методы генерации и приема УЗ колебаний наиболее перспективны для создания прецизионных средств акустических измерений. Оптические методы генерации занимают особое место, поскольку позволяют возбуждать УЗ колебания дистанционно, в широком диапазоне частот, в любых материалах, формировать и варьировать конфигурацию и другие параметры оптико-акустического источника, обеспечивают высокую точность результатов измерений. Оптические интерферометрические методы приема УЗ колебаний широкополосны, позволяют сузить пространственную область измерений до единиц микрометров, обеспечивают высокую воспроизводимость результатов.

В настоящее время наиболее глубоко исследовано и широко используется в научных исследованиях и технических приложениях лазерное возбуждение объемных УЗ волн оптическими импульсами длительностью 10"7-И0"9 с (диапазон частот до 109 Гц). Разработаны оптические методы регистрации объемных УЗ волн на основе лазерных интерферометров в полосе частот до 3109 Гц.

Лазерная генерация ПАВ в экспериментальном плане исследована в значительно меньшей степени. Это связано с тем, что серьезную проблему при импульсном режиме возбуждения представляет регистрация широкополосной рэлеевской волны. Применение узкополосных преобразователей (пьезо- и электромагнитноакустических) не позволяет воспроизводить реальные характеристики импульсных ПАВ, так как фактически регистрируется амплитуда спектральной компоненты ПАВ на частоте основного резонанса приемника. Для пьезопреобразователей существенным недостатком является также наличие акустического и механического контакта преобразователя с образцом, изменяющего граничные условия распространения ПАВ и искажающего акустическое поле принимае\ азон час-

ггервургг^у * тЗ а »мм

тот бесконтактных широкополосных емкостных датчиков при приеме ПАВ не превышает -5 МГц из-за достаточно большой площади их электродов.

Для ее решения необходимо создание бесконтактного, точечного, широкополосного, с низким порогом чувствительности приемника ПАВ. Анализ показывает, что такой приемник может быть разработан только на основе лазерного интерферометра, работающего в режиме измерения малых УЗ колебаний. Вместе с тем, использование лазерных интерферометров для регистрации ПАВ требует проведения дополнительных исследований, направленных на обеспечение возможности точных количественных измерений характеристик ПАВ и максимально широкой полосы воспроизведения частот оптического приемника.

Решению проблемы дальнейшего развития оптических методов генерации и приема ультразвука в приложении к поверхностным акустическим волнам Рэлея и посвящена данная работа.

Цель и задачи работы. Цель работы - разработка бесконтактных оптических методов и средств, обеспечивающих возбуждение и регистрацию ПАВ Рэлея в твердых средах (металлах) в диапазоне частот до 30 МГц, и создание на их основе эталонной установки для измерения скорости распространения УЗ рэлеевских волн с относительной погрешностью не более 10"4.

Основными задачами работы являются:

- исследование особенностей применения оптического метода приема малых УЗ колебаний на основе гомодинного двухлучевого лазерного интерферометра для регистрации ПАВ с целью создания широкополосных оптических приемников, обеспечивающих воспроизведение характеристик ПАВ в полосе частот не менее 30 МГц;

- разработка методов и средств оптической генерации широкополосных и узкополосных ПАВ Рэлея на основе твердотельного моноимпульсного лазера;

- исследование механизмов лазерного возбуждения, амплитудно-временных и спектральных характеристик ПАВ Рэлея, возбуждаемых импульсным лазерным излучением в металлах, с целью определения оптимальных режимов генерации для решения метрологических задач;

- разработка метода и методики прецизионных измерений скорости распространения УЗ рэлеевских волн.

Научная новизна работы. Получены следующие новые результаты:

- показано, что рабочая полоса частот оптического интерферометриче-ского приемника УЗ колебаний при регистрации ПАВ зависит от размеров его зоны приема; получены расчетные выражения для определения верхней границы полосы воспроизведения частот приемника; показана возможность регистрации ПАВ в диапазоне частот до 109 Гц;

- впервые предложены и реализованы на практике двухканальные оптические приемники ПАВ на основе модифицированного двухлучевого лазерного интерферометра Майкельсона, имеющие диапазон частот (0,05-5-50) МГц и порог чувствительности =2-10"14 м/Гцш, близкий к предельному;

- разработаны методы и средства генерации широкополосных ПАВ Рэлея со стабильными амплитудно-временными характеристиками в диапазоне частот до 30 МГц на основе импульсного лазера на рубине; впервые экспериментально реализован интерференционный метод лазерной генерации узкополосных ПАВ, обеспечивающий возможность перестройки частоты ПАВ;

- впервые с использованием широкополосного оптического приемника проведены количественные измерения амплитудных, временных и спектральных характеристики импульсных ПАВ Рэлея при лазерном возбуждении для двух основных типов оптико-акустического источника (точечный и линейный), в широком диапазоне интенсивности лазерного излучения (3 107+3 109 Вт/см2), лазерными импульсами различной длительности, в нескольких материалах;

- разработана на базе оптических методов возбуждения и регистрации методика измерений абсолютного значения скорости распространения УЗ рэлеевских волн, обеспечивающая относительную погрешность измерений не более 10"4.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования оптических методов и средств возбуждения и регистрации ПАВ Рэлея позволяют:

- расширить диапазон исследований и измерений с использованием УЗ рэлеевских волн, повысить точность и достоверность результатов измерений;

- исследовать на разработанной методической и экспериментальной базе лазерную генерацию ПАВ других типов;

- создать комплекс эталонных установок и высокоточных рабочих средств для прецизионных измерений акустических параметров твердых сред и метрологического обеспечения средств УЗ измерений и неразру-шающего контроля с использованием ПАВ.

Результаты работы реализованы следующим образом: создана эталонная установка для измерения скорости распространения УЗ рэлеевских волн в диапазоне частот (0,3+30) МГц, диапазоне скоростей (2000+3500) м/с, утвержденная Госстандартом России в качестве установки высшей точности УВТ 79-А-92. Установка УВТ 79-А-92 возглавляет государственную поверочную схему, регламентированную разработанной Рекомендацией по метрологии МИ 2227-92.

Апробация работы и публикации. Материалы исследований по теме диссертации опубликованы в работах [1, 2, 5-14], изложены в двух научно-

технических отчетах [3, 4], докладывались на Всесоюзной конференции "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле" (Хабаровск, 1987), IV международной конференции "Акустическая эмиссия. Неразрушающий контроль" (Москва, 1998), Всероссийском научно-техническом семинаре "Метрологическое обеспечение в области неразрушающего контроля" (Москва, 1999), 2-й региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование" (Хабаровск, 2001). Результаты исследований удостоены диплома НТО Машпром (1988), медали и премии российско-германского конкурса \У.К.Кое1^еп-С.Я.Соколов в области ультразвукового неразрушающего контроля (в составе коллектива авторов, 2002).

Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, 5 глав, заключение, список использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 144 страницы, включая 32 рисунка, 11 таблиц и библиографию из 95 наименований.

ОСНОВНЫЕ ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

¡.Минимизация размеров приемной зоны бесконтактного оптического приемника ультразвуковых сигналов на основе двухлучевого лазерного интерферометра за счет фокусировки лазерного излучения в его рабочем плече позволяет обеспечить полосу воспроизведения частот при регистрации ПАВ до 109 Гц.

2. Разработанные модификации интерферометра Майкельсона обеспечивают возможность создания двухканальных широкополосных оптических приемников ПАВ с порогом чувствительности =210"14 м/Гц1'2, близким к предельному.

3. Использование твердотельного моноимпульсного лазера, работающего в режиме модулированной добротности, в сочетании с предложенными способами формирования оптико-акустического источника позволяет создать оптические генераторы широкополосных и узкополосных (с перестраиваемой частотой) рэлеевских волн со стабильными амплитудно-временными характеристиками в диапазоне частот до 30 МГц.

4. Применение в измерительной установке оптического генератора рэлеевских волн на базе твердотельного моноимпульсного лазера и оптического приемника ПАВ на базе двухканального модифицированного интерферометра Майкельсона в сочетании с разработанной методикой измерений обеспечивают наивысшую точность измерений скорости распространения ультразвуковых рэлеевских волн в твердых средах с относительной погрешностью не более 1-Ю"4.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и практическая значимость диссертационной работы, формулируются цель работы и основные задачи исследований, приводится краткое содержание глав.

В первой главе дан аналитический обзор методов возбуждения и регистрации ПАВ. Рассмотрены пьезоэлектрический, электромагнитоакустиче-ский, емкостный и оптический методы.

Во второй главе рассмотрены особенности применения интерферомет-рического метода приема УЗ колебаний для регистрации ПАВ, описаны разработанные широкополосные оптические приемники ПАВ.

В разделах 2.1, 2.2 анализируются принцип интерферометрической регистрации малых (амплитудой <50 нм) УЗ колебаний, общие требования к построению оптических приемников УЗ сигналов на базе двухлучевого лазерного интерферометра и факторы, определяющие технические характеристики приемника.

В разделе 2.3 получена теоретическая оценка верхней граничной частоты

диапазона воспроизведения частот оптического приемника при регистрации ПАВ. Показано, что переходная характеристика идеального безинерци-онного приемника ПАВ определяется размерами его зоны приема и пространственным распределением чувствительности преобразователя по его поверхности.

Сигнал на выходе оптического приемника, рассчитанный для акустического импульса прямоугольной формы приведен на рис. 1. Пространственная протяженность УЗ импульса, имеющего длительность ти, составляет Zu = cRтu/(^f2w0)l где I = л/2 (х-д:0)/и>0 - безразмерная координата; ск - скорость распространения рэлеевской волны. Распределение чувствительности р(х) в приемной зоне интерферометра при использовании в качестве источника освещения одномодового гелий-неонового лазера описывается гауссовым законом р(х) = ехр[-(х-х0)1/н$1 где \{>„ - радиус гауссова пучка (радиус, при котором интенсивность света уменьшается в е раз по отношению к интенсивности в центре пучка); хо - координата центра зоны приема.

Из полученного решения следует, что время нарастания переходной характеристики интерферометрического приемника ПАВ определяется временем распространения переднего фронта УЗ сигнала вдоль его зоны приема, ограниченной размерами: -1,35г51,3 и составляет тИ = 1,84^/ся. Величина т„, выраженная через диаметр зоны приема <1п, найденный на другом уровне относительной интенсивности света Т], равна тн = 0,92^/Уыф*ск). Временно е увеличение длительности УЗ импульса на уровне 0,1 составляет Аг=т„.

1 ••

0,9

0,5--

.Р,1

0

-4-2 0 2 4 ...

г„

г

Рис. 1. Сигнал на выходе интерферометра

Верхняя граничная частота диапазона воспроизведения частот оптического приемника ПАВ /гр, соответственно, будет равна

Таким образом, величина /гр зависит от диаметра зоны приема интерферометра и может быть найдена на основе измерений значений или с1п.

Предельное значение верхней границы диапазона частот лазерного интерферометра при регистрации ПАВ , с учетом того, что лазерный луч может быть сфокусирован до размеров порядка длины волны света мкм) составляет /£** = 1,1 ГТц.

В разделах 2.4, 2.5 рассмотрены разработанные оптические приемники ПАВ. Принципиальной особенностью таких приемников является минимизация размеров зоны приема за счет фокусировки зондирующего лазерного луча на поверхности образца. Приемники воспроизводят абсолютное значение амплитуды нормальной компоненты смещения в поверхностной волне, которая определяется по формуле

ч

(1)

(2)

где Аи - изменение напряжения на выходе фотоприемника (величина сигнала); и0 — ^щах — Утт ~ разность напряжений, соответствующих максимальной и минимальной яркостям интерференционной картины.

Для достижения предельно низкого порога чувствительности приемников реализованы следующие требования к ним: равенство оптических длин плеч интерферометров для снижения влияния частотных шумов лазера; использование фотодиодов в качестве фотоприемников для уменьшения дробовых шумов; использование компенсационной схемы приема сигналов для подавления интенсивностных лазерных шумов; применение системы автоподстройки рабочей точки, пассивных акустических развязок и оптимизация конструкции интерферометра для устранения влияния тепловых деформаций и низкочастотных акустических вибраций.

Одноканальный оптический приемник ПАВ состоит из лазерного интерферометра, системы фотоэлектрической регистрации, системы настройки и стабилизации рабочей точки. Схема приемника приведена на рис. 2, а. Интерферометр имеет схему равноплечего двухлучевого интерферометра Майкель-сона и включает в себя одномодовый гелий-неоновый лазер в качестве источника света; светоделительную пластинку с диэлектрическим многослойным напылением; опорное зеркало, установленное на пьезокерамическом элементе для настройки и стабилизации рабочей точки интерферометра; вторым зеркалом служит зеркально полированная поверхность образца. С целью предельной минимизации зоны приема короткофокусная линза (р = +30 мм) установлена на трехкоординатном юстировочном устройстве непосредственно в рабочем плече интерферометра, что обеспечивает эффективный диаметр зоны приема =20 мкм. Технические характеристики данного приемника: диапазон частот (0,05-5-50) МГц; порог чувствительности 1,510'и-1/^м/Гцт; чувствительность 5-Ю5 В/м; динамический диапазон 1+300 А; погрешность амплитудно-временных измерений не более ±5 %.

Двухканальныб оптические приемники ПАВ разработаны с целью проведения измерений акустических параметров материалов и позволяют регистрировать ПАВ в двух точках поверхности, расположенных на одной оси с зоной возбуждения. Реализованы два варианта такого приемника: 1) на основе двух связанных по фазе одноканальных интерферометров, освещаемых общим лазером, и 2) на основе одного интерферометра, созданного на основе принципиально новой модифицикации интерферометра Майкельсона.

В первом варианте двухканального приемника ПАВ интерферометры регистрируют УЗ сигнал независимо друг от друга, что позволяет, например, выбрать соотношение чувствительности таким образом, чтобы скомпенсировать дифракционное убывание амплитуды УЗ сигналов с расстоянием. Для этого лазерный луч расщепляется в необходимой пропорции светодели-тельной пластиной и направляется на интерферометры. Описан новый вариант компенсационного способа приема сигналов, обеспечивающий достиже-

ние предельно низкого порога чувствительности приемника за счет подавления интенсивностных лазерных шумов, основанный на регистрации интерференционных картин в прошедшем свете от двух разных интерферометров одним дифференциальным фотоприемником.

Рис. 2. Схемы одноканального (а) и двухканального (б) интерферометрических приемников ПАВ. 1 - Не-Ие-лазер, 2 - интерферометр, 3 - светоделительное зеркало, 4 - управляющий пьезоэлемент, 5 - опорное зеркало, 6 - образец, 7 - диафрагма, 8 - фокусирующая линза, 9 - стеклянная пластина, 10 - усилитель автоподстройки (УА), 11 - фотоприемник УА, 12 - осциллограф, 13 - широкополосный усилитель, 14 - быстродействующий фотоприемник, 15 - призма, 16 - светодели-тельный кубик, 17 - зеркала, 18 - регистрирующая аппаратура

Во втором варианте двухканального приемника ПАВ из оптической схемы интерферометра Майкельсона исключается отдельное опорное плечо. При этом каждое из 2-х плеч интерферометра выполняет функции и опорного и измерительного, а в качестве зеркал используется поверхность образца. Это позволяет регистрировать УЗ сигнал в двух точках поверхности одним интерферометром, что упрощает измерительную систему, повышает чувствительность приемника в 2 раза по сравнению с первым вариантом. Одна из предложенных оптических схем такого интерферометра со светоделитель-ным кубиком, развернутым на угол 45° относительно его обычного положения, показана на рис. 2, б. Преимущество данной схемы заключается в том, что она обеспечивает симметричность оптических плеч интерферометра и простоту уравнивания их длин, отсутствие отражения светового луча от граней кубика в направлении источника света, возможность оперативной перестройки акустической базы приемника. Технические характеристики двух-канальных приемников ПАВ приведены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика Оптический приемник

1 вариант 2 вариант

Полоса воспроизведения частот, МГц 0,05+50 0,05+50

Порог чувствительности, м/Гц1/2 1,5-10"14 210"14

Чувствительность, В/м 2,5-105 5-105

Динамический диапазон, А 1+300 1,5+300

В третьей главе рассматриваются оптические методы и средства генерации широкополосных и узкополосных УЗ рэлеевских волн.

В разделе 3.1 проанализированы на основе литературных данных механизмы лазерного возбуждения рэлеевских волн. Показано, что для металлов основными механизмами возбузвдения являются термоупругость, испарение и оптический пробой. Приведены расчетные формы УЗ импульсов, соответствующие каждому из механизмов возбуждения.

В разделе 3.2 рассмотрены разработанные оптические генераторы УЗ рэ-, леевских волн. Генератор включает в себя источник мощного оптического

■ излучения - импульсный твердотельный лазер на рубине, и оптическую сис-

' тему, формирующую на поверхности оптико-акустический источник (ОАИ)

с заданными параметрами (конфигурация, размеры, интенсивность и распределение лазерного излучения). В зависимости от вида пространственного распределения лазерного излучения в ОАИ принципиально возможна генерация короткими лазерными импульсами как широкополосных видеоимпульсов ПАВ, так и узкополосных радиоимпульсов ПАВ.

Для формирования широкополосного ОАИ лазерное излучение фокусируется на поверхности образца с помощью сферической (точечный источник) или цилиндрической (линейный источник) линзы. Длительность возбуждаемого импульса УЗ рэлеевской волны и его частотный спектр определяются раз-I мерами источника на поверхности (диаметр точечного или ширина линейного

ОАИ), которые могут изменяться перемещением фокусирующей линзы вдоль ее оптической оси. Энергия лазерных импульсов регулируется с помощью нейтральных светофильтров и уровнем накачки лазера. Разработаны 2 схемы оптических генераторов ПАВ. Первая схема обеспечивает диапазон частот генерации рэлеевских волн (0+15) МГц и максимальный (до Ю10 Вт/см2) диапазон изменения интенсивности лазерного излучения, что важно, например, при исследовании механизмов возбуждения ПАВ. Вторая схема генератора, приведенная на рис 3, а, обеспечивает предельно малые размеры ОАИ (-100 мкм) на поверхности образца за счет снижения расходимости лазерного излучения те-

лескопической системой и позволяет формировать ОАИ, имеющий четкие границы, что важно при исследовании временных характеристик рэлеевских импульсов, так как уменьшает неопределенность измерений размеров источника. Максимальная интенсивность лазерного излучения 6108 Вт/см2, диапазон частот генерации ПАВ Рэлея (0+30) МГц.

Возбуждение узкополосных радиоимпульсов ПАВ импульсным лазерным излучением основано на облучении поверхности образца через оптическую систему на основе интерферометра Майкельсона, формирующую периодическое пространственное распределение интенсивности лазерного излучения в ОАИ (рис. 3, б). Зеркала интерферометра разъюстированы на небольшой угол а. ОАИ представляет собой набор параллельных эквидистантно расположенных световых полос с пространственным периодом ДХ = ХИа (где Я - длина световой волны) и интенсивностью лазерного излучения, распределенной по синусоидальному закону. Изменяя угол а, можно перестраивать частоту рэлеевской волны. Разработанный генератор узкополосных ПАВ Рэлея имеет диапазон частот (3+10) МГц.

Рис. 3. Схемы оптических генераторов широкополосных (а) и узкополосных (б) ПАВ Рэлея. 1 - твердотельный импульсный лазер; 2 - телескоп 10х, 3 - диафрагма; 4 - нейтральный светофильтр; 5 - фокусирующая линза; 6 - образец; 7, 8 - зеркала; 9 - свето-делительная пластина; 10 - котировочный He-Ne лазер; 11 - интерферометр

В разделе 3.3 описаны твердотельные лазеры, примененные в работе для возбуждения рэлеевских волн. В качестве источника световых импульсов использован моноимпульсный оптический квантовый генератор на рубине (длина волны излучения 0,69 мкм) типа ОГМ-20, который работал в 2-х режимах: модуляции добротности или активной (вынужденной) синхронизации мод (АСМ). Первый режим работы лазера является штатным, длительность светового импульса на полувысоте равна гл= 25 не, максимальная энергия 0,4 Дж. Режим АСМ лазера позволяет генерировать сверхкороткие

импульсы света (СКИ) длительностью ~3 не. Лазер излучает световые импульсы в виде цуга общей длительностью -160 не и периодом 15 не, из которого с помощью электрооптического затвора вырезался одиночный лазерный импульс с максимальной энергией-10 мДж.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований методов лазерного возбуждения и приема ПАВ Рэлея.

В разделе 4.1 описывается экспериментальная установка, которая включает в себя твердотельный импульсный лазер на рубине, оптическую систему, формирующую оптико-акустический источник на поверхности образца и позволяющую управлять его параметрами, измеритель энергии лазерных импульсов, систему временной синхронизации и систему регистрации ПАВ на основе лазерного интерферометра. Рабочая полоса частот системы регистрации (0,05+50) МГц. Использовались образцы из алюминиевого сплава АМгб, стали 45 и бронзы с размерами 100x50x30 мм3, имеющие зеркально полированную рабочую поверхность.

В разделе 4.2 экспериментально исследована работа лазерного интерферометра в режиме приема ПАВ. С этой целью проведена сравнительная регистрация амплитудно-временных характеристик УЗ рэлеевских импульсов при трех значениях диаметра зоны приема ¿^=2; 0,3 и 0,04 мм. Смоделированы три ситуации: величина зоны приема интерферометра больше, сравнима и меньше пространственной длины видеоимпульсов ПАВ. Рэлеевские волны возбуждались точечным ОАИ, диаметр которого изменялся в диапазоне й =(0,3+1,2) мм.

Экспериментальные результаты позволяют сделать следующие выводы. Длительность возбуждаемых УЗ рэлеевских импульсов хорошо описывается одномерным приближением г^ = й/ск+тл0, где хм - длительность лазерного импульса по основанию (1^=50 не), ск - скорость рэлеевских волн. Длительность поверхностных импульсов тк, регистрируемая на выходе интерферометра, линейно зависит от диаметра ОАИ, однако характеристики УЗ импульсов, воспроизводимые одним и тем же интерферометром, существенно различаются в зависимости от диаметра его зоны приема (рис. 4 и 5).

Во-первых, с увеличением (1п при неизменных параметрах ОАИ амплитуда сигналов уменьшается пропорционально соотношению (¡„/Б. Во-

вторых, пропорционально величине ¿п возрастает длительность рэлеевских импульсов. При с1п =0,04 мм получена зависимость (не)=59 + 0,323£)(мкм), а длительность импульсов практически совпадает с длительностью т*,""6' (увеличивается на Атк =5+8 не). При <1п =0,3 мм тя (не)=99 + 0,3250(мкм),

т.е. регистрируемые импульсы имеют во всем диапазоне изменения диаметра ОАИ длительность в среднем на 50 не больше, чем "эталонная" длительность при dn =0,04мм. При d4= 2 мм длительность импульсов определяется, главным образом, временем распространения УЗ сигнала через зону приема, а т„ изменяется от 500 до 750 не.

и,

15 10 5 0 -5 -10 -15 -20 -25

1

2-/Ч

"-2

3

200 400 600 800 1000 1200 Г, НС

Рис. 4. Зависимость временной формы УЗ рэлеевских импульсов от диаметра зоны приема <1п интерферометра: 1 - <1п = 2 мм; 2 - = 0,3 мм; 3 -с/, = 0,04 мм. АМгб; Г» = 525 мкм; /л= 8-10* Вт/см2

• d=0,04 мм ' d=0,3 мм

200 400 600 800 1000 1200 1400 D, МКМ

Рис. 5. Зависимость длительности УЗ рэлеевских импульсов тя от диаметра зоны возбуждения £> при различных диаметрах зоны приема д.ц в интерферометре (АМгб). Пунктиром показана прямая й/ск

Экспериментально наблюдаемое временное уширение рэлеевских импульсов по сравнению с составило Дт„ = 0,5^,/ск. Это хорошо соответствует полученным в разделе 2.3 теоретическим оценкам. Расчетное значение Дтя при определении диаметра лазерного пучка на уровне интенсивности света Т] в диапазоне от 0,01 до 0,1 составляет (0,43+0,6) йц /ск. Экспериментальное значение верхней граничной частоты оптического приемника ПАВ /гр =0,7ск IПри (1п = 0,3 мм, соответственно, получим7 МГц,

а при (1п = 0,04 мм = 53 МГц.

Таким образом, диапазон воспроизведения частот оптического приемника ПАВ может быть найден расчетным путем на основе измерений размеров его зоны приема (диаметра зондирующего лазерного луча на поверхности). Необходимым условием прецизионных измерений амплитудно-временных характеристик ПАВ является предельная минимизация размеров зоны приема интерферометра.

В разделе 4.3 представлены результаты экспериментальных исследований лазерного возбуждения широкополосных импульсных ПАВ Рэлея, проведенных для оптико-акустических источников двух типов (точечный и линейный), в

диапазоне интенсивности лазерного излучения от 3107до 3-Ю9 Вт/см2, позволяющем реализовать все механизмы лазерного возбуждения. Регистрация ПАВ Рэлея производилась бесконтактным широкополосным оптическим приемником, воспроизводящим абсолютные амплитудно-временные характеристики рэ-леевских волн в полосе частот (0,05+50) МГц с погрешностью не более 5 %.

Исследование механизмов возбуждения ПАВ Рэлея лазерным излучением показало, что действующий механизм не зависит от формы ОАИ и задан интенсивностью лазерного излучения /л и теплофизическими характеристиками материала образца. Экспериментальные данные позволяют выделить три диапазона интенсивности лазерного излучения, каждому из которых соответствуют характерная форма УЗ рэлеевских импульсов (рис. 6), определенная зависимость амплитуды УЗ сигнала ит от /л (рис. 7) и эффективность преобразования световой энергии в акустическую.

Экспериментально полученные пороговые значения интенсивности лазерного излучения /0 и /, для испарительного и пробойного механизмов возбуждения ПАВ приведены в табл. 2.

Я ♦ б ..................»-лу—- • _Л V

* г • ■ 1 1 с ■*' » " 1« . 1

Рис. 6. Зависимость формы УЗ рэлеевских импульсов от интенсивности лазерного излучения (АМгб). (а-г) - возбуждение точечным источником, диаметр £> = 500 мкм (ось У: 8 А/дел; ось X: 200 нс/дел): а - 1,3-10® Вт/см2; б - 2,510е Вт/см2; в - 4,5-Ю8 Вт/см2; г - 1-Ю9 Вт/см2, (д-е) - возбуждение линейным источником 0,45x8 мм2: д - 1,2-10* Вт/см2 (16 А/дел; 500 нс/дел); е - 2,4-108 Вт/см2 (40 А/дел; 500 нс/дел)

Таблица 2

Материал /о, ю8 Вт/см2 /,, 108 Вт/см'4

АМгб 1,8 5

Сталь 45 2,5 5

Бронза 4,5 9

а ит,ш

— ЛМгб -•—Сталь45 «—Бронза

12 16 20 24 28 32 / , 10е Вт/см2

- 3< мм -68 мм

/., 108 Вт/см2

Рис. 7. Зависимость амплитуды УЗ рэлеевских импульсов Ит от интенсивности лазерного излучения 1Л (АМгб): а - круговой источник (расстояние от ОАИ г = 66 мм); б - линейный источник (размеры 0,45x8 мм2)

Амплитудно-временные параметры рэлеевских импульсов определяются как действующим, при данной интенсивности излучения механизмом лазерного возбуждения, так и геометрической формой ОАИ. При термоупругом механизме (/л </0) амплитуда рэлеевских импульсов линейно зависит от интенсивности лазерного излучения. Максимальная амплитуда сигналов для точечного ОАИ не превышает нескольких ангстрем (1 А = Ю'10 м) и уменьшается с расстоянием г пропорционально . Линейный ОАИ обеспечивает существенно большую амплитуду УЗ сигналов вследствие высокой направленности излучения ПАВ (ширина экспериментально полученной диаграммы направленности для ОАИ размерами 0,45x8 мм2 составляет ±5° на уровне 0,5). Испарительный механизм (/0 < < /,) обеспечивает быстрый рост амплитуды УЗ сигналов и увеличение эффективности преобразования (~/д). Оптический пробой, развивающийся в парах материала вблизи поверхности образца при интенсивности лазерного излучения более /1, приводит, во-первых, к экранировке лазерного излучения и, во-вторых, к образованию ударной волны, воздействующей на образец. Экранировка вызывает замедление дальнейшего роста амплитуды рэлеевских импульсов и эффективности преобразования. Действие ударной волны проявляется в появлении на заднем фронте импульса "полки" длительностью =0,8 мкс, амплитуда которой пропорциональна интенсивности лазерного излучения.

Показано, что нанесение на поверхность образца в зоне возбуждения тонкого слоя жидкого поглощающего покрытия (вода, тушь, масло) обеспечивает

возможность повышения амплитуды сигналов ПАВ и эффективности преобразования в 10-15 раз при незначительном увеличении длительности импульса.

Исследование спектрально-временных характеристик импульсных ПАВ Рэлея показало, что длительность импульсов тя при всех механизмах возбуждения пропорциональна диаметру зоны возбуждения £> (ширине линии А), и, кроме того, определяется частотной зависимостью затухания УЗ волн в данном материале. Наименьшая длительность рэлеевских импульсов наблюдалась в образце из сплава АМгб, имеющего малое затухание акустических всшн, а наибольшая - в образце из бронзы (рис. 8). Причем в последнем быстрый рост коэффициента затухания с частотой приводит к нивелированию частотных спектров УЗ импульсов (ширина спектра регистрируемых ПАВ не превышала - 5 МГц) и, следовательно, их длительностей. Использование точечного ОАИ обеспечивает при одинаковых значениях О и Л меньшую длительность рэлеевских импульсов по сравнению с линейным источником. Расчет частотных спектров широкополосных УЗ сигналов показал, что максимум спектральной плотности лежит для всех материалов на частоте /о=0,6/?к, а активная ширина спектра составляет /с *• 2/тя.

ТЛ,нс

Рис. 8. Зависимость длительности рэлеевских импульсов тк 2 от диаметра зоны возбуждения £> в различных материалах

Таблица 3

Эксперименты по возбуждению рэлеевских волн лазерными импульсами различной длительности подтвердили, что сокращение длительности лазерных импульсов приводит к пропорциональному уменьшению длительности рэлеевских импульсов хя. Результаты, полученные при диаметре зоны возбуждения £> = 200мкм (АМгб), представлены в табл. 3. Указана длительность лазерных импульсов тя0, измеренная по их основанию. При возбуждении цугом СКИ оптико-акустический

*"лО-ИС гя,нс

160±10 250+10

50±5 130±10

8±1 85±5

эффект носил интегральный характер, т.е. цуг СКИ эквивалентен оптическому моноимпульсу с длительностью, равной длительности его огибающей.

В разделе 4.4 рассмотрены результаты экспериментальных исследований лазерного возбуждения узкополосных УЗ рэлеевских волн с использованием интерференционного метода формирования периодического пространственного распределения интенсивности лазерного излучения на поверхности образца. Установлено, что данный метод позволяет генерировать радиоимпульс рэлеевской волны, длительность которого Т - 0/ск, где й - диаметр области засветки. Период УЗ колебаний соответствует пространственному периоду световой "решетки" АТ = АХ/ск -01пск, где п - число интерференционных полос. Амплитуда УЗ сигналов при максимальной интенсивности лазерного излучения 5-107 Вт/см2 составляла £Ут = 7 А. Механизм возбуждения ПАВ - термоупругость. При длительности лазерного импульса тл ~ 25 не максимальная частота сигналов составила при 100 % глубине модуляции /к ~ 10 МГц. Дальнейшее уменьшение периода световой решетки ДХ (увеличение частоты /я) приводит к уменьшению переменной составляющей акустического сигнала вследствие усреднения смещений по поверхности образца в области светового пятна за время лазерного облучения и, в итоге, при /к ~ 20 МГц регистрировался смодулированный видеоимпульс ПАВ. Расширение частотного диапазона генерации ПАВ данным методом достигается за счет сокращения длительности лазерных импульсов.

В конце 4 главы рассмотрены основные итоги экспериментальных исследований и обоснован выбор наиболее оптимальных режимов лазерной генерации и приема УЗ рэлеевских волн дня достижения поставленной в работе цели.

В пятой главе представлена установка высшей точности УВТ 79-А-92, созданная на базе разработанных бесконтактных оптических методов возбуждения и регистрации ПАВ Рэлея и предназначенная для воспроизведения единицы скорости распространения УЗ рэлеевских волн в диапазоне частот (0,3+30) МГц; диапазоне скорости УЗ рэлеевских волн (2000+3500) м/с и передачи ее размера эталонным и рабочим средствам измерений. Установка утверждена Госстандартом России и возглавляет государственную поверочную схему, регламентированную разработанной Рекомендацией по метрологии МИ 2227-92.

Рассмотрен принцип действия установки, приведены ее состав, структурная и оптическая схемы, описана методика измерения скорости распространения УЗ рэлеевских волн. Функционально установка состоит из 5 блоков: оптического возбуждения; оптической регистрации; синхронизации; измерения временных интервалов; контроля параметров акустических и оптических импульсов.

Определение метрологических характеристик УВТ проводилось на основе теоретических предпосылок и экспериментальных данных, с использованием комплекта мер скорости, входящего в состав УВТ. В главе приведен подробный анализ составляющих погрешности результата измерения скорости УЗ рэлеевских волн ск. Показано, что величина среднего квадратиче-ского отклонения (СКО) результата измерения скорости при числе наблюдений п = 18+21 составляет во = (1,7+2,3) 10'5, а границы неисключенной систематической погрешности (НСП) результата измерения скорости при доверительной вероятности Р = 0,95 не превышают 0О 2 6-Ю"5. Величина ©о определяется, главным образом, инструментальными погрешностями используемых измерителя временных интервалов (частотомер 43-64) и измерителя длины акустической базы (измерительный микроскоп БМИ-1Ц). Составляющие НСП, обусловленные методикой измерений, методами возбуждения и приема УЗ рэлеевских волн не превышают 1-Ю"5.

Приведены результаты измерений скорости распространения УЗ рэлеевских волн в мерах из алюминиевых сплавов, сталей, бронзы, оптического стекла. Проведено сравнение значений скорости УЗ рэлеевских волн, полученных экспериментально, с расчетными значениями, найденными на основе измерений скорости продольных и сдвиговых УЗ волн в тех же образцах материалов.

В заключении приведены основные результаты работы.

В приложения вынесены свидетельство о метрологической аттестации и акт внедрения УВТ, разработанная рекомендация по метрологии МИ 2227-92, описание оптического квантового генератора сверхкоротких световых импульсов с активной синхронизацией мод, методика расчета частотного спектра УЗ рэлеевских импульсов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Теоретически и экспериментально исследовано применение интерферометрического метода приема малых УЗ колебаний для регистрации ПАВ Рэлея; разработаны методы определения рабочей полосы частот оптического приемника ПАВ, показана принципиальная возможность создания оптического приемника ПАВ с диапазоном частот до 109 Гц.

2. Разработан бесконтактный оптический приемник ПАВ на базе двухлуче-вого лазерного интерферометра Майкельсона со следующими характеристиками: полоса воспроизведения частот (0,05+50) МГц; чувствительность 5105 В/м; порог чувствительности 1,5-10"14 м/Гц1/2, близкий к предельному; диапазон измеряемых амплитуд смещения в акустической волне (0,1+30) нм; погрешность измерений амплитудно-временных характеристик ПАВ не более 5 %.

3. Для измерений акустических параметров материалов разработаны оптические приемники ПАВ с двумя приемными каналами, имеющие диапазон частот (0,05+50) МГц и порог чувствительности -2-10"14 м/Гц"2. Реализованы две схемы такого приемника: на базе двух связанных по фазе интерферометров, освещаемых общим лазером, и на базе одного интерферометра, созданного на основе принципиально новой модифицикации интерферометра Майкельсона.

4. Разработаны оптические генераторы широкополосных и узкополосных (с перестраиваемой частотой) ПАВ Рэлея со стабильными амплитудно-временными характеристиками в диапазоне частот до 30 МГц на основе твердотельного импульсного лазера на рубине, показано, что дальнейшее расширение диапазона частот ПАВ, возбуждаемых импульсным лазерным излучением, связано с сокращением длительности оптических импульсов.

5. Проведены комплексные экспериментальные исследования оптической генерации широкополосных ПАВ Рэлея импульсным лазерным излучением, позволившие обеспечить частотный диапазон измерений 30 МГц. Получены количественные зависимости амплитудно-временных и спектральных характеристик ПАВ Рэлея от параметров оптико-акустического источника. Определены оптимальные режимы лазерной генерации УЗ рэлеевских волн для достижения поставленной в работе цели.

6. Экспериментально исследована генерация узкополосных ПАВ Рэлея импульсным лазерным излучением с использованием метода интерферомет-рического формирования периодического пространственного распределения интенсивности на поверхности; показана возможность генерации радиоимпульсов ПАВ с перестраиваемой в диапазоне (3+10) МГц частотой (при длительности лазерного импульса 25 не).

7. Разработаны метод и методика прецизионных измерений скорости распространения УЗ рэлеевских волн на базе оптических средств возбуждения и регистрации, обеспечивающие относительную погрешность измерений не более МО"4.

8. Создана установка высшей точности УВТ 79-А-92 для воспроизведения единицы скорости распространения ультразвуковых рэлеевских волн в диапазоне частот (0,3+30) МГц, диапазоне скоростей (2000+3500) м/с, утвержденная Госстандартом России и возглавляющая государственную поверочную схему для средств измерений данной физической величины.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. О генерации сверхкоротких акустических импульсов // Тезисы докладов Ш Всесоюзной научно-технической конференции "Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле". - Хабаровск, 1987.- С. 188-189

2. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. Лазерное возбуждение сверхкоротких акустических импульсов //Дефектоскопия,- 1989.- №4.- С.24-30

3. Разработка бесконтактных методов и средств возбуждения ультразвуковых поверхностных волн в металлах и измерения их скорости в диапазоне частот (0,1+50) МГц, диапазоне скоростей (2000+4500) м/с. Отчет о НИР / НПО "Дальстандарт'У Рук. А.Н. Бондаренко, отв. исп. П.В. Базылев.- № ГР 01870012042.- Хабаровск, 1990.- 99 с.

4. Создание установки высшей точности для воспроизведения единицы скорости распространения ультразвуковых рэлеевских волн в твердых средах. Отчет о НИР / НПО"Дальстандарт"/ Рук. А.Н. Бондаренко, отв. исп. П.В. Базылев.-№ ГР 01900012055.-Хабаровск, 1992,- 40 с.

5. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. Лазерная установка для измерения скорости распространения поверхностных волн Рэлея //Дефектоскопия.-1990.- №10.- С. 91-93

6. Базылев П.В., Кондратьев А.И., Луговой В.А. Имитатор сигналов акустической эмиссии // Тезисы докладов IV Международной конференции «Акустическая эмиссия. Неразрушающий контроль»,- Москва, 1998.- С. 78

7. Базылев П.В. О частотном диапазоне лазерного интерферометра при регистрации ПАВ // Бюллетень научных сообщений / под ред. В.И. Строганова,- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 1999,- №4,- С.12-16

8. Архипов В.И., Базылев П.В., Дробот Ю.Б., Кондратьев А.И., Луговой В.А. Совершенствование и развитие метрологического обеспечения акустических методов неразрушающего контроля // Тезисы докладов 1-го Всероссийского научно-технического семинара "Метрологическое обеспечение в области неразрушающего контроля".- Москва, 1999.- С. 78

9. Базылев П.В. Двухканальный оптический приемник акустических сигналов // Бюллетень научных сообщений / под ред. В.И. Строганова,- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000.- №5.- С.38-41

10. Базылев П.В., Луговой В.А. Лазерная генерация узкополосных рэлеевских волн // Тезисы докладов 2-й региональной научной конференции "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование".- Хабаровск, 2001,- С.113-114

11. Базылев П.В. Экспериментальное исследование частотного диапазона оптического приемника поверхностных акустических волн // Бюллетень на-

учных сообщений / под ред. В.И. Строганова.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.- №6,- С.55-59

12. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Криницин Ю.М., Луговой В.А. Исследование амплитудно-временных характеристик поверхностных акустических волн при лазерном возбуждении // Автометрия.- 2002.- №2.- С. 101-107

13. Базылев П.В., Луговой В.А. Исследование характеристик оптического приемника ультразвуковых колебаний с полупроводниковым лазером // Бюллетень научных сообщений / под ред. В.И. Строганова. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2002.- №7,- С.4-5

14. Базылев П.В. Двухканальный лазерный приемник ультразвуковых колебаний // Приборы и техника эксперимента. - 2003. - № 1. - С. 110-111.

Базылев Петр Владимирович

БЕСКОНТАКТНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЭЛЕЕВСКИХ ВОЛН

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Технический редактор Н.В. Мшьттейн

План 2003 г.

ИД №05247 от 2.07.2001 г. ПЛД№ 79-19 от 19.01.2000 г. Сдано в набор 22.07.2003 г. Подписано в печать 23.07.2003. Формат 60х84'/!й. Бумага тип. № 2. Гарнитура "Times". Печать плоская. Усл. печ. л. 1,4. Зак. 168. Тираж 100 экз.

Издательство ДВГУПС 680021, г. Хабаровск, ул. Серышева, 47.

ИЗ 15 1

2

л

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН В ТВЕРДЫХ СРЕДАХ

1.1. Контактные методы и средства возбуждения и регистрации ПАВ

1.2. Бесконтактные методы и средства возбуждения и регистрации ПАВ

1.3. Сравнительный анализ методов возбуждения и регистрации ПАВ в твердых средах.

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА

Щ РЕГИСТРАЦИИ ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН.

2.1. Интерферометрический прием акустических сигналов

2.2. Технические характеристики двухлучевого лазерного интерферометра при регистрации ультразвуковых колебаний

2.3. Теоретическая оценка полосы воспроизведения частот оптического приемника при регистрации ПАВ.

2.4. Оптический интерференционный приемник ПАВ.

2.5. Двухканальные интерференционные приемники ПАВ.

ГЛАВА 3. ОПТИЧЕСКИЕ ГЕНЕРАТОРЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ РЭЛЕЕВСКИХ ВОЛН.

3.1. Анализ механизмов возбуждения рэлеевских волн лазерным излучением

3.2. Оптические генераторы широкополосных рэлеевских волн

3.3. Оптический генератор узкополосных рэлеевских волн

3.4. Оптические квантовые генераторы для возбуждения ПАВ

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ И РЕГИСТРАЦИИ ПАВ РЭЛЕЯ

4.1. Экспериментальная установка для исследования оптического возбуждения и регистрации рэлеевских волн.

4.2. Исследование интерферометрического метода регистрации рэлеевл ских волн.

4.3. Исследование лазерной генерации широкополосных ПАВ Рэлея

4.3.1. Исследование механизмов возбуждения рэлеевских волн

4.3.2. Спектрально-временные характеристики рэлеевских волн

4.4. Исследование лазерного возбуждения узкополосных ПАВ Рэлея

4.5. Выбор оптимальных режимов лазерной генерации рэлеевских волн для решения метрологических задач.

ГЛАВА 5. УСТАНОВКА ДЛЯ ПРЕЦИЗИОННЫХ ИЗМЕРЕНИЙ СКОРОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

РЭЛЕЕВСКИХ ВОЛН. ф 5.1. Назначение и основные метрологические характеристики установки высшей точности УВТ 79-А-92.

5.2. Принцип действия, структурная и оптическая схема установки

5.3. Методика измерения скорости распространения рэлеевских волн

5.4. Анализ погрешности измерения скорости распространения рэлеевских волн.

5.5. Результаты измерений.

Поверхностные акустические волны (ПАВ) находят самое широкое применение в различных областях науки и техники: в ультразвуковом (УЗ) неразрушающем контроле качества материалов и изделий, что позволило обеспечить его универсальность и доминирующее место среди других методов неразрушающего контроля; в акустоэлектронике при создании различных твердотельных устройств для обработки информации; в экспериментальной акустике и физике твердого тела в качестве "инструмента" для исследования свойств поверхности и поверхностных слоев. Диапазон частот используемых поверхностных волн и выбор их типа зависит от решаемой задачи. Так, в УЗ неразрушающем контроле применяются, главным образом, частоты в диапазоне (1*^25) МГц. Основу акустоэлектроники составляют поверхностные волны в кристаллах с частотами (106-г-Ю10) Гц[1].

Основным и наиболее часто используемым на практике типом ПАВ являются волны Рэлея [1], распространяющиеся вдоль поверхности упругого изотропного полупространства. Это обусловлено прежде всего тем, что такие информативные параметры, как скорость, затухание, дисперсия скорости и затухания, структура рэлеевской волны неразрывно связаны с физико-механическими характеристиками поверхностного слоя материала, в котором она распространяется. Привлекают внимание также такие свойства ПАВ Рэлея, как поверхностная локализация волны в слое толщиной (1-2) Як, где Ля - длина рэлеевской волны, доступность сигнала для контроля в любой точке поверхности, более медленное, чем в случае объемных волн, затухание с расстоянием амплитуды волны (пропорционально г~1//2), в результате чего рэле-евские волны могут распространяться на значительные расстояния [1].

Для возбуждения и регистрации поверхностных волн наибольшее распространение получили контактные методы с применением в качестве излучателей и приемников УЗ колебаний пьезоэлектрических преобразователей [1-4]. Однако пьезоэлектрические методы имеют ряд недостатков, ограничивающих их применимость в высокоточных экспериментах и обусловленных резонансными характеристиками преобразователей, наличием акустического и механического контакта преобразователя с поверхностью, трудноконтро-лируемыми временными и фазовыми задержками в контактных переходных слоях, изменением граничных условий распространения ПАВ. Так, например, относительная погрешность измерений скорости распространения ПАВ составляет не менее 1% [5, 6], при этом затруднительна реальная оценка систематических погрешностей измерений.

Необходимость дальнейшего развития экспериментальной базы УЗ контроля и диагностики, техники физического акустического эксперимента на основе ПАВ, а также решение проблемы метрологического обеспечения данной области акустических измерений в твердых средах с целью повышения достоверности результатов измерений, обеспечения единства измерений, определяет актуальность проблемы поиска и исследования новых физических эффектов и методов и разработки на их основе средств, обеспечивающих возможность генерации и регистрации ПАВ в твердых средах в самом широком диапазоне частот (от нескольких десятков кГц до десятков и сотен МГц) и существенное (на 2-3 порядка) увеличение точности измерений акустических характеристик материалов.

Для создания высокоточных средств акустических измерений наиболее перспективно использование бесконтактных методов генерации и приема УЗ колебаний, и прежде всего оптических лазерных методов, которые позволяют возбуждать и регистрировать УЗ сигналы дистанционно, в широком диапазоне частот, практически в любых материалах, способны обеспечить высокую точность и достоверность результатов измерений [7, 8]. В настоящее время разработаны, исследованы и достаточно широко применяются термооптические методы возбуждения в твердых средах продольных УЗ волн в полосе частот до 109 Гц и сдвиговых УЗ волн в полосе частот до 107 Гц (на основе использования твердотельных импульсных лазеров) и их интерферометриче-ской регистрации в диапазоне частот до Ю10 Гц.

В области экспериментальных исследований оптической генерации ПАВ в твердых средах одной из главных проблем, ограничивающей возможности лазерного эксперимента, как было отмечено в работе [9], является прием широкополосной рэлеевской волны. Применение узкополосных преобразователей (пьезо- и электромагнитноакустических) не позволяет воспроизводить реальные характеристики импульсных ПАВ, так как фактически регистрируется амплитуда спектральной компоненты ПАВ на частоте основного резонанса приемника. Для пьезопреобразователей, как уже отмечалось, существенным недостатком является также наличие акустического и механического контакта преобразователя с образцом, изменяющего граничные условия распространения ПАВ и искажающего акустическое поле принимаемого УЗ сигнала. Диапазон частот бесконтактных широкополосных емкостных датчиков при приеме ПАВ не превышает ~5 МГц из-за достаточно большой площади их электродов.

Для решения данной проблемы необходимо создание бесконтактного, точечного, широкополосного, с низким порогом чувствительности приемника ПАВ. Анализ показывает, что такой приемник может быть разработан только на основе лазерного интерферометра, работающего в режиме измерения малых УЗ колебаний. Вместе с тем, использование лазерных интерферометров для регистрации ПАВ требует проведения дополнительных исследований, направленных на обеспечение возможности точных количественных измерений характеристик ПАВ и максимально широкой полосы воспроизведения частот оптического приемника.

Диссертационная работа посвящена дальнейшему развитию оптических методов генерации и приема ультразвука в приложении к поверхностным акустическим волнам Рэлея и их практическому приложению к задачам метрологического обеспечения акустических видов измерений в твердых средах. Целью настоящей работы является разработка и исследование бесконтактных оптических методов и средств возбуждения и регистрации ПАВ Рэлея в твердых средах в диапазоне частот до 30 МГц и создание на их основе эталонной установки для измерения скорости распространения УЗ рэлеев-ских волн с относительной погрешностью не более 10"4. Основными задачами работы являются:

- исследование особенностей применения оптического интерферометриче-ского метода приема малых УЗ колебаний для регистрации ПАВ с целью установления диапазона частот оптического приемника ПАВ и необходимых условий, обеспечивающих воспроизведение характеристик ПАВ с минимальными искажениями;

- создание бесконтактных широкополосных оптических приемников ПАВ на основе гомодинного двухлучевого лазерного интерферометра, определение технических характеристик приемников;

- разработка методов и средств оптической генерации широкополосных и узкополосных ПАВ на основе моноимпульсного твердотельного оптического квантового генератора на рубине;

- исследование с использованием широкополосного оптического приемника механизмов лазерного возбуждения, амплитудно-временных и спектральных характеристик ПАВ Рэлея в металлах, как наиболее широко применяемых на практике материалов, с целью определения оптимальных режимов лазерной генерации рэлеевских волн для решения метрологических задач;

- разработка методов и средств прецизионных (10"4) измерений скорости распространения рэлеевских волн в металлах.

Диссертационная работа содержит введение, 5 глав, заключение, список использованной литературы и приложения. Общий объем работы составляет 144 страницы, включая 32 рисунка, 11 таблиц и библиографию из 95 наименований.

9. Результаты работы позволяют расширить диапазон исследований и измерений с использованием УЗ рэлеевских волн, повысить точность и достоверность результатов измерений; являются методической и экспериментальной основой исследований термооптической генерации ПАВ других типов; позволяют создать комплекс эталонных и высокоточных рабочих установок для прецизионных измерений акустических параметров твердых сред и метрологического обеспечения средств УЗ измерений и неразрушающего контроля с использованием ПАВ.

116

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Для достижения цели диссертации — разработки и исследования бесконтактных оптических методов и средств возбуждения и регистрации ПАВ Рэлея в твердых средах в диапазоне частот до 30 МГц и создания на их основе установки для измерения скорости распространения рэлеевских волн с относительной погрешностью не более 10"4, — в ходе выполненных работ были решены поставленные задачи и получены следующие результаты:

1. Теоретически и экспериментально исследовано применение оптического интерферометрического метода регистрации малых УЗ колебаний при приеме ПАВ Рэлея; получены расчетные выражения, связывающие рабочую полосу частот оптического приемника ПАВ с размером его зоны приема; показана принципиальная возможность создания оптического приемника ПАВ в диапазоне частот до 109 Гц и порогом чувствительности ~10'15 м/Гц1/2.

2. Разработан бесконтактный оптический приемник ПАВ на базе двухлу-чевого лазерного интерферометра Майкельсона со следующими характеристиками: полоса воспроизведения частот (0,05-г50) МГц, чувствительность 5-105В/м, порог чувствительности 1,5-10"14 м/Гц1/2, диапазон измеряемых амплитуд смещения в акустической волне до 30 нм, погрешность измерений не более 5%.

3. Для проведения измерений акустических параметров материалов разработаны оптические приемники ПАВ, имеющие 2 приемных канала, с диапазоном частот до 50 МГц и порогом чувствительности, близким к предельному; при этом реализованы две принципиальные схемы такого приемника: на основе двух связанных по фазе обычных (одноканальных) интерферометров, освещаемых общим лазером, и на основе разработанного нового типа лазерного интерферометрического приемника — двухканального, созданного на основе модификации интерферометра Майкельсона.

4. Разработаны оптические генераторы широкополосных и узкополосных (с перестраиваемой частотой) ПАВ Рэлея в полосе частот до 30 МГц на основе твердотельного моноимпульсного оптического квантового генератора на рубине, работающего в режиме модулированной добротности. Показано, что дальнейшее расширение диапазона частот возбуждаемых импульсным лазерным излучением ПАВ связано с сокращением длительности оптических импульсов.

5. Выполнены экспериментальные исследования термооптической генерации широкополосных ПАВ Рэлея импульсным лазерным излучением в широком диапазоне интенсивности лазерного излучения, обеспечивающем реализацию всех механизмов лазерного возбуждения рэлеевских волн, в различных материалах, двумя основными типами оптико-акустических источников (точечный и линейный), лазерными импульсами различной длительности. Показано, что амплитудно-временные и спектральные характеристики ПАВ определяются как параметрами оптико-акустического источника, так и акустическими и теплофизическими характеристиками самого материала.

6. Проведены исследования генерации узкополосных ПАВ Рэлея импульсным лазерным излучением с использованием интерферометрического метода формирования пространственного периодического распределения интенсивности на поверхности; экспериментально показано, что данный метод при длительности лазерного импульса 25 не обеспечивает возбуждение ПАВ в диапазоне частот до 10 МГц и с амплитудой УЗ сигнала до 7- Ю"10 м.

7. Определены оптимальные режимы лазерной генерации УЗ рэлеевских волн для решения поставленной в работе цели. Разработана методика прецизионных измерений скорости распространения рэлеевских волн, основанная на созданных оптических средствах возбуждения и приема рэлеевских волн, обеспечивающая методическую относительную погрешность измерений -1-1 (Г5.

8. Практическим результатом проведенных исследований является создание установки высшей точности УВТ 79-А-92, предназначенной для воспроизведения единицы скорости распространения ультразвуковых рэлеевских волн в диапазоне частот до 30 МГц, диапазоне скоростей (2000-г3500) м/с, с относительной погрешностью не более 1-Ю"4, возглавляющей государственную поверочную схему для средств измерений данной физической величины.

1. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах.- М.: Наука, 1981.-288 с.

2. Физическая акустика. Т. VII/ Под ред. У. Мэзона.- М., Мир, 1973.- 430 с.

3. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля,- М.: Машиностроение, 1981.-240 с.

4. Методы акустического контроля металлов/Под ред. Н.П. Алешина.- М.: Машиностроение, 1989.- 456 с.

5. Виноградов К.Н., Ульянов Г.К. Измерение скорости и затухания ультразвуковых поверхностных волн в твердых материалах//Акуст. журн.- 1959.-Т.5.- В.З.- С.290-293

6. Самедов Я.Ю., Щербинский В.Г. Экспериментальное исследование влияния шероховатости на параметры поверхностной волны//Дефектоскопия.-1989.-№8.-С. 85-87

7. Бондаренко А.Н. Лазерные методы возбуждения и регистрации акустических сигналов.- М.: Изд-во стандартов, 1989.- 115 с.

8. Бондаренко А.Н., Дробот Ю.Б., Кондратьев А.И. Прецизионные акустические измерения оптическими и емкостными методами.- Владивосток: ДВО АН СССР, 1990.-242 с.

9. Карабутов А.А. Лазерное возбуждение поверхностных акустических волн: новое направление в оптико-акустической спектроскопии твердого те-ла//УФН.- 1985.- Т.147.- В.З.- С.605-620

10. Домаркас В.И., Кажис Р. Контрольно-измерительные и пьезоэлектрические преобразователи.- Вильнюс: Минтае, 1975.- 255 с.

11. Firestone F., Frederic J. Refinements in supersonic reflectoscopy//J.Acoust. Soc. Am.- 1946.- V.18.- №1.- P.200-201

12. Minton C.F. Inspection of metals with ultrasonic surface waves//Nondestruct. Test.- 1954.- V.12.-№4.- P.13-16

13. Cook E.G., Valkenburg H.E. Surface waves at ultrasonic frequencies//ASTM Bull.- 1954.-№198.- P.81-84

14. А.с. №162373 (СССР). Возбудитель (приемник) ультразвуковых поверхностных волн /А.Г. Соколинский. Заявл. 24.06.58, №469139/26

15. Поверхностные акустические волны/Под ред. А. Олинера.- М.: Мир, 1981.-390 с.

16. Aindow A.M., Cooper J.A., Dewhurst K.J., Palmer S.B. A spherical capacitance transducer for ultrasonic displacement measurements in NDT//J. Phus. E. Sci. Instrum.- 1987.- V.20.- №2.- P.204-209

17. Луговой В.А., Троценко В.П. Высокостабильный емкостный преобразователь ультразвуковых сигналов//ПТЭ.- 1986.- №3.- С.194-195

18. Кондратьев А.И., Луговой В.А. Измерение скорости и затухания рэлеевских волн емкостным преобразователем//Измерительная техника.- 1991.-№5.- С.43-44

19. Rayleigh wave interaction with discontinuities: a numerical model and an experimental study/ Saffary N., Bond L.J., Dewhurst R.J. et al//Ultrasonics.- 1987.-V.25.- №6.- P.344-345

20. Scruby S.B. Some applications of laser uItrasound//Ultrasonics.- 1989.- V.27.-№4.- P. 195-209

21. P. Cielo, F. Nadeau, M. Lamontaqne. Laser generation of convergent acoustic waves for materials inspection //Ultrasonics.- 1985.- V.23.- №2.- P.55-62

22. Гусев В.Э., Карабутов A.A. Лазерная оптоакустика.- M., Наука, 1991.- 304 с.

23. Scruby С.В. Laser Generation of Ultrasound in Metals//Res. Techn. in NDT. -London: Academic Press.- 1982.- V.5.- P.281-327

24. Hutchins D.A. Mechanisms of pulsed photoacoustic generation//Can. J. Phys.-1986.- V.64.- P. 1247-1264

25. Aindow A.M., Dewhurst R.J., Hutchins D.A., Palmer S.B. Laser-generation ultrasonic pulses at free metal surfaces// J.Acoust. Soc. Am.- 1981.- V.69.- №2.- P. 449-456

26. Lee R.E., White R.M. Excitation of surface elastic waves by transient surface heating//Appl. Phys. Lett.-1968.-V.12.- №1 P.12-14

27. Ledbetter H.M., MoulderJ.C. Laser-induced Rayleigh waves in aluminium//J. Acoust. Soc. Am.- 1979.- V.65.-№3.- P.840-842

28. Ходинский A.H., Корочкин A.C., Михнов C.A. Свойства ультразвуковых колебаний, возникающих в твердом теле под воздействием излучения импульсного лазера//Журн. прикладной спектроскопии.- 1983,- Т.38.- №5.- С. 745-748

29. Голенищев-Кутузов А.В., Мигачев С.А., Яфаев Н.Р. Генерация поверхностных акустических волн с помощью импульсов лазерного излучения// Акуст. журн.- 1985.- Т.31.- №5.- С.671-672.

30. Архипов В.И. Возбуждение и регистрация поверхностного упругого импульса оптическими методами//Акустические измерения в твердом теле. Сб. науч. тр./ВНИИФТРИ.- М.: 1983.- С.16-19

31. Aussel J.D., Brun A., Baboux J.C. Generating acoustic waves by laser: theoretical and experimental study of the emission source//Ultrasonics.- 1988.- V.26.-№9.- P.245-255

32. Ash E.A., Dieulesaint E., Rakouth H. Generation of surface acoustic waves by means of a c.w. laser//Electron. Lett.- 1980.- V.16.-№12.- P.470-472

33. Burov J.I., Branzalov K.P., Ivanov D.V. High accuracy noncontact laser-optical method for measuring surface acoustic wave velocity and attenua-tion//Appl. Phys. Lett.- 1985.- V.46.- №2.- P.141-142

34. Murrey T.W., Baldwin K.C., Wagner J.W. Laser ultrasonic chirp sources for low damage and high detectability without loss of temporal resolution//.!. Acoust. Soc. Am.- 1997.- V.102.- №5.- P.2742-2746

35. Huang J., Krishnaswamy S., Achenbach J.D. Laser generation of narrow-band surface waves//J. Acoust. Soc. Am.- 1992.- V.92.- №5.- P.2527-2531

36. Nakano H., Nagai S. Laser generation of antisimmetric Lamb waves in thin plates/AJltrasonic.- 1991.- V.29.-№5.- P.230-234

37. Деев B.H., Пятаков П.А. Оптическая генерация звука в фотопроводящем пьезоэлектрике//Письма в ЖЭТФ.- 1986.- Т. 12.- В. 15.- С.928-932

38. Monchalin J.-P. Optical Detection of Ultrasound//IEEE Trans, on UFFC.-1986.- V.UFFC-33.- №5.- P.485-499

39. Зак E.A. Когерентные световые методы измерения параметров механических колебаний//Зарубежная радиоэлектроника.- 1975,- №12.- С.70-76

40. Импульсная фотометрия. В.8.- JI., Машиностроение, 1984.- 200 с.

41. Быстрое Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства.- М.: Высшая школа, 1989.- 287 с.

42. Оптическая установка для измерения сверхмалых колебаний/А.Н. Бонда-ренко, Б.Я. Маслов, Б.Б. Рудая и др.//ПТЭ.- 1975.- №6.- С.211-213

43. Бункин Н.Ф. Комиссаров В.М. Оптическое возбуждение звуковых волн// Акуст. журн.- 1973.- Т.19,- В.З.- С.305-320

44. Pekeris C.L. The seismic surface pulse// Proc. Nat. Academ. Sci.- 1955.-V.41.-№7.- P.469-480

45. Усиление поверхностной акустической волны в твердом теле при сопровождении ее лазерным излучением/Е.П. Велихов, Е.В. Даныциков, В.А. Дымшаков и др. // Письма в ЖЭТФ.- 1983.- Т.38.- В.Ю.- С.483-48

46. Характеристики поверхностной акустической волны, возбуждаемой движущимся лучом лазера/Е.В. Даныциков, В.А. Дымшаков, A.M. Дыхне и др. //Акуст. журн.- 1987.- Т.ЗЗ.- В.6.- С.1035-1040

47. Тарасов JI.B. Физика процессов в генераторах когерентного оптического излучения.- М., Радио и связь, 1981.- 439 с.

48. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. Лазерное возбуждение сверхкоротких акустических импульсов//Дефектоскопия,- 1989.- №4.- С.24-30

49. Месяц Г.А. Генерирование мощных наносекундных импульсов.- М., Сов. радио, 1974.- 256 с.

50. Ханин Я.И. Динамика квантовых генераторов.- М., Сов. радио, 1975.- 496 с.

51. Базылев П.В. О частотном диапазоне лазерного интерферометра при регистрации ПАВ//Бюллетень научных сообщений /под ред. В.И. Строганова.-Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 1999.- №4.- С.12-16

52. Архипов В.И., Бондаренко А.Н. Кондратьев А.И. Исследование возбуждения упругих импульсов лазерным излучением в металлах//Акуст. журн,-1982.- Т.28,- В.З.- С.303-309

53. Гусаков С.А., Кондратьев А.И. Образцовая установка для комплексного измерения акустических параметров материалов//Измерительная техника.-1989.-№7.-С. 50-52

54. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов.- М.: Машиностроение, 1989.- 304 с.

55. Ицхоки Я.С., Овчинников Н.И. Импульсные и цифровые устройства.- М.: Сов. Радио, 1972.- 592 с.

56. Мейлинг В., Стари Ф. Наносекундная импульсная техника.- М., Атомиз-дат, 1973.- 384 с.

57. Образцовая лазерная установка для аттестации акустических мер по скорости ультразвука/В.И. Архипов, А.Н. Бондаренко, Ю.Б. Дробот и др. //Измерительная техника.- 1984,- №2.- С.60-62

58. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике.- М.: Наука, 1980.- 967 с.

59. Разработка бесконтактных методов и средств возбуждения ультразвуковых поверхностных волн в металлах и измерения их скорости в диапазоне частот (0,14-50) МГц, диапазоне скоростей (20004-4500) м/с: Отчет о НИР

60. Заключит.)/НПО "Дальстандарт"; Руководитель А.Н. Бондаренко.- № гр 01870012042 ; инв. № 02900040288.- Хабаровск, 1986.- 40 с.

61. Korpel A., Laub L.J., Sievering Н. Measurements of acoustic surface wave propagation characteristics by reflected light//Appl. Phys. Lett.- 1967.- V.10.- № 5.- P.295-297

62. Бондаренко А.Н. Липовецкий Э.Г. Некоторые проблемы метрологического обеспечения акустических измерений в твердом теле//Акустические измерения в твердом теле. Сб. науч. тр./ВНИИФТРИ- М.:1983.- С.4-11

63. Викторов И.А. Затухание поверхностных и объемных ультразвуковых волн//Акуст. журн.- 1964.- Т. 10.- №1.- С. 116-118

64. Волькенштейн А.А., Кувалдин Э.В. Фотоэлектрическая импульсная фотометрия." JL: Машиностроение, 1975.- 192 с.

65. Калитиевский Н.И. Волновая оптика.- М.: Наука, 1971.- 376 с.

66. Бондаренко А.Н., Кондратьев А.И. Измерение дисперсии скорости и затухания упругих волн// Акуст. журн.- 1981.- Т.27.- В.1.- С. 51-55

67. Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. Лазерная установка для измерения скорости распространения поверхностных волн Рэлея// Дефектоскопия.-1990.-№10.- С. 91-93

68. Базылев П.В. Двухканальный оптический приемник акустических сигна-лов//Бюллетень научных сообщений /под ред. В.И. Строганова.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2000.- №5.- С.38-41

69. Wagner J.W., Spicer J.B. Theoretical noise-limited sensitivity of classical in-terferometry//J. Opt. Soc. Am. В.- 1987.- V.4.-№8.- P.1316-1326

70. Scala C.M., Doule P.A. Time- and frequency-domain characteristics of laser-generated ultrasonic surface waves//J. Acoust. Soc. Am.- 1989.- V.85.- №4.- P. 1569-1576

71. Базылев П.В. Экспериментальное исследование частотного диапазона оптического приемника поверхностных акустических волн//Бюллетень научных сообщений /под ред. В.И. Строганова.- Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2001.-№6.- С.55-59

72. Базылев П.В., Луговой В.А. Лазерная генерация узкополосных рэлеевских волн//Тез. докл. 2-й региональной научной конф. "Физика: фундаментальные и прикладные исследования, образование".- Хабаровск, 2001,- С.113-114

73. Kwaaitaal Т., Luimes B.J., Van der Pijll G.A. Noise limitations laser inter-ferometrs//J.Phus.D: Appl. Phys.- 1980.- V.13.- P. 1005-1015

74. Hopko S.N., Ume J.C. Laser generated ultrasound by material ablation using fiber optic delivery//Ultrasonic.- 1999.- V.37.- P. 1-7

75. Aharoni A., Tur M., Jassby K.M. Monitoring material grain size by laser-generated ultrasound//Appl. Phys. Lett.- 1991V.59.- P. 3530-3532

76. Doule P.A., Scala C.M. Near-field ultrasonic Rayleigh waves from a laser line source //Ultrasonic.-1996,- V.34.- P. 1-8

77. Murrey T.W., Deaton J.B., Wagner J. W. Experimental evaluation of enhanced generation of ultrasonic waves using an array of laser sources//Ultrasonic.- 1996.-V.34.- P.69-77

78. Berthelot Y.H. Half-order derivative formulation for the analysis of laser-generated Rayleigh waves //Ultrasonic.- 1994.- V.32.- P.153-154

79. Deutsch W.A.K., Cheng A., Achenbach J.D. Focusing of Rayleigh waves: Simulation and Experiments//IEEE Trans, on UFFC.- 1999.- V.46.- №2.- P.333-340

80. Surface acoustic wave interaction with cracks and slots: a noncontacting study using lasers/Cooper J.A., Crosbic R.A., Dewhurst R.J. et al//IEEE Trans, on UFFC.- 1986.- V.33.-№5.- P.462-470

81. Ohki M., ShimaN., Kita T. Advantages of phase measurements over amplitude measurement of surface acoustic wave using optical probing method//Jpn. J. Appl. Phys.- 1995.- V.34.- P.2781-2785

82. Rose L.R.F. Point-source representation for laser-generated ultrasound//J. Acoust. Soc. Am.- 1984.- V.75.- №3.- P.723-732

83. Груздинская И.С., Пятаков Г.А. Возбуждение акустической волны бегущей световой решеткой в слоистой структуре фотопроводник-пьезоэлектрик//Акуст. журн.- 1990.- Т.36,- В.З.- С.423-428

84. Абейнаяке Х.Т., Комоцкий В.А., Котюков М.В. Измерение скорости п.а.в. методом оптического зондирования с опорной дифракционной решеткой/Автометрия.- 1989.- №1.- С.97-100

85. Коломенский А.А., Мазнев А.А. Поверхностные отклики при лазерном воздействии на твердое тело: рэлеевские волны и предвестники//Акуст. журн.- 1990.- Т.36.- В.З.- С.463-469

86. Викторов И.А. Типы звуковых поверхностных волн в твердых те-лах//Акуст. журн.- 1979.- Т.25.- В.1.- С.1-17

87. Крылов В.В., Павлов В.И. Термооптическое возбуждение поверхностных акустических волн в твердом теле//Акуст. журн.- 1982.- Т.28.- В.6.- С.836-837

88. Новацкий В. Теория упругости.- М.: Мир, 1975,- 872 с.

89. Коломенский А.А. Лазерное возбуждение акустических волн в твердом теле при тепловом механизме//Акуст. журн.- 1988.- Т.34.- В.5.- С.871-878

90. Семин С.П. Тепловое возбуждение поверхностных волн в твердом теле излучением лазера//ЖТФ.- 1986.- Т.56.- №11.- С.2224-2226

91. Исследование амплитудно-временных характеристик поверхностных акустических волн при лазерном возбуждении/Базылев П.В., Бондаренко А.Н., Луговой В.А. и др. //Автометрия.- 2002.- №2.- С. 101-107

92. Базылев П.В. Двухканальный лазерный приемник ультразвуковых коле-баний//Приборы и техника эксперимента.- 2003.- №1.- С. 110-111

93. Pouet В., Ing R.K., Krishnaswamy S., Royer D. Adaptive heterodyne interferometer for ultrasonic NDE//Review of Progress in QNDE.- V. 178.- New York: Plenum Press, 1998.-P. 1937-1942