本公開(kāi)涉及超聲測(cè)試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前發(fā)展?fàn)顩r
在該部分中，[]內(nèi)的數(shù)字指代第二部分末尾記錄的現(xiàn)有技術(shù)引用。
多年以來(lái)，確定組件的機(jī)械完整性而不引入損壞的無(wú)損測(cè)試(ndt)方法在工業(yè)的各個(gè)分支中非常重要。對(duì)于各種目的(例如，制造中的綜合質(zhì)量控制、使用中的檢查或使用中的缺陷評(píng)估和監(jiān)控)，在此過(guò)程中犧牲測(cè)試對(duì)象是無(wú)益的([1])。這種檢查對(duì)船舶、航天、汽車(chē)行業(yè)或建筑尤其關(guān)鍵，因?yàn)樵谶@些情況下，材料破壞可危害人類(lèi)安全。
在這些工業(yè)分支中，近年來(lái)對(duì)穩(wěn)健、耐用的輕型結(jié)構(gòu)的需求已經(jīng)逐漸促進(jìn)纖維增強(qiáng)復(fù)合(frc)材料(尤其是碳纖維復(fù)合(cfc)材料)的使用。與金屬相比，它們通常以復(fù)雜的層狀結(jié)構(gòu)為特征，因此各向異性材料屬性([2])導(dǎo)致需要可靠地進(jìn)行鑒別的各種不同的可能缺陷類(lèi)型([2]、[3])。因此，適于這些材料的ndt技術(shù)的發(fā)展(優(yōu)選地允許高度自動(dòng)化以節(jié)省成本并提高可靠性以及測(cè)試速度)有著重要意義。
目前已經(jīng)發(fā)展了許多ndt方法，可在對(duì)比文件[4]中找到對(duì)這些方法的概述?；诘讓游锢頇z測(cè)機(jī)制，這些方法主要落入一些廣義分類(lèi)：磁粉檢查、感應(yīng)電流檢查或渦流檢查、視覺(jué)和光學(xué)檢查、射線(xiàn)照相法和溫度記錄、超聲、以及聲波檢查和剪切散斑([15])。第一分類(lèi)限于鐵磁材料并且因此不適用于frc的檢查，而渦流檢查專(zhuān)門(mén)適用于cfc，因?yàn)樘祭w維是導(dǎo)電的，即使周?chē)|(zhì)通常不導(dǎo)電。已經(jīng)針對(duì)frc評(píng)估和實(shí)施了屬于所有其他分類(lèi)的測(cè)試過(guò)程。對(duì)用于復(fù)合材料的ndt技術(shù)的比較考察([3]、[5])顯示，這些技術(shù)都不能等同地適用于對(duì)此時(shí)frc中常見(jiàn)的不同缺陷類(lèi)型中的每一種缺陷類(lèi)型的檢測(cè)。雖然所有的方法有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但一些方法天生限制于某些測(cè)試對(duì)象幾何體。例如，除了透明材料的可視缺陷以外，視覺(jué)和光學(xué)檢查方法(具有或不具有有色的或熒光液體滲透劑)限制于表面缺陷的檢測(cè)。聲波檢查方法通常遭受相對(duì)低的靈敏度([3])和空間分辨率。剪切散斑和溫度記錄限制于近表面缺陷的檢測(cè)。
另一方面，超聲方法(＝超聲波方法)和射線(xiàn)照相法原則上能夠以高空間分辨率和靈敏度檢測(cè)并定位表面和體內(nèi)缺陷。然而，對(duì)于frc，基于射線(xiàn)照相法的方法(包括高分辨率的ct成像)在不使用吸收液體滲透劑的x光束(或伽馬)的情況下不能很好地適合對(duì)分層缺陷(其構(gòu)成frc中最常見(jiàn)的缺陷種類(lèi)之一([2]))的檢測(cè)。然而，這導(dǎo)致過(guò)程的顯著復(fù)雜化，并將方法限制于對(duì)比液體可滲透的表面或近表面層的檢查。此外，在許多測(cè)試環(huán)境中不想要或不接受液體。
由于各種超聲技術(shù)的多功能性和好的靈敏度，它們被經(jīng)常應(yīng)用于對(duì)frc進(jìn)行檢查([6])。它們中的大部分采用壓電變換器用于超聲脈沖的生成、它們的檢測(cè)或這兩者([5])。雖然已經(jīng)發(fā)展出許多具體方法來(lái)提供對(duì)缺陷的檢測(cè)、成像或體積定位，但用變換器的確切配置和數(shù)目進(jìn)行區(qū)分的話(huà)這些方法通常落入兩種不同的操作模式。一種方法是透射傳輸模式，在這種方法中測(cè)試樣本被放置在分別用作發(fā)送器和接收器的兩個(gè)壓電變換器中間。在這種配置中，接收器檢測(cè)由于缺陷導(dǎo)致的主超聲脈沖的衰減。與金屬相比，由于超聲在frc中的顯著衰減，這種配置限制樣本形狀和厚度([3])?？商娲兀梢圆捎妹}沖回波方法，在這種方法中從樣本的一側(cè)檢測(cè)由于缺陷導(dǎo)致的主脈沖反射或反向散射。該方法顯著地促進(jìn)了對(duì)具有不同厚度的復(fù)雜形狀測(cè)試對(duì)象的適用性-由于僅從一側(cè)接入測(cè)試對(duì)象是足夠的。
傳統(tǒng)的超聲測(cè)試系統(tǒng)分別采用諸如水或乳劑或膠體之類(lèi)的介質(zhì)來(lái)保證超聲脈沖到測(cè)試對(duì)象的良好耦合。然而，要允許使用高達(dá)約20mhz的超聲頻率的話(huà)要求浸入到變換器和樣本之間的水池或水射流中。耦合液體不能用于某些frc結(jié)構(gòu)([6])或某些測(cè)試環(huán)境，這導(dǎo)致對(duì)非接觸測(cè)試方法的需求。
一種積極發(fā)展的針對(duì)無(wú)接觸測(cè)試的選項(xiàng)是全光學(xué)激光超聲方法([7])，在這種方法中通過(guò)吸收測(cè)試樣本內(nèi)的足夠強(qiáng)的激光脈沖來(lái)創(chuàng)建超聲脈沖，并用干涉測(cè)量來(lái)執(zhí)行檢測(cè)。一種不同的方法是空氣耦合的超聲([8])，類(lèi)似于傳統(tǒng)的基于變換器的方法，但是放棄耦合介質(zhì)。這種方法通過(guò)越來(lái)越敏感的高度諧振集中的超聲變換器來(lái)實(shí)現(xiàn)(例如，[9])，從而允許缺陷檢測(cè)，盡管由于空氣間隙導(dǎo)致耦合降低。雖然使用透射傳輸模式的空氣耦合系統(tǒng)現(xiàn)在可用，但允許在樣本的一側(cè)測(cè)試的、空氣耦合的脈沖回波配置的實(shí)現(xiàn)方式存在顯著的問(wèn)題。高度諧振的變換器在很多時(shí)間段在脈沖生成和檢測(cè)兩者期間振蕩，導(dǎo)致顯著增加的“死區(qū)”([3])。該術(shù)語(yǔ)表示測(cè)試對(duì)象的近表面區(qū)域，其中由于主脈沖、來(lái)自樣本表面的反射以及由來(lái)自缺陷的反向散射提供的實(shí)際信號(hào)之間的重疊導(dǎo)致缺陷測(cè)試不可能實(shí)現(xiàn)。由于這個(gè)原因，本領(lǐng)域技術(shù)人員避免使用該測(cè)試方法用于精確的材料測(cè)試。
在[16]中公開(kāi)了無(wú)接觸焊接機(jī)械接頭樣本的質(zhì)量測(cè)試過(guò)程。其使用方波調(diào)制的激光光束來(lái)在樣本中激起超聲脈沖波，并在超聲脈沖波傳播通過(guò)接頭之后用干涉測(cè)量來(lái)測(cè)量它的脈沖幅度。激光被移向測(cè)試對(duì)象并被從測(cè)試對(duì)象移開(kāi)。對(duì)于檢測(cè)，使用本身公知的干涉測(cè)量方法。對(duì)測(cè)試對(duì)象的機(jī)械地移動(dòng)的表面進(jìn)行光學(xué)掃描，或者通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)麥克風(fēng)的方式來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，而無(wú)需使用任何熱-聲效應(yīng)。
在[17]中公開(kāi)了用于層的非機(jī)械接觸測(cè)量的測(cè)量設(shè)備，該測(cè)量設(shè)備包括光源，光源可操作來(lái)生成脈沖，該脈沖適應(yīng)于與該層相互作用以便在鄰近該層的氣體介質(zhì)中生成熱波，這利用了光-聲效應(yīng)。熱波導(dǎo)致聲信號(hào)被生成。測(cè)量設(shè)備還包括適應(yīng)于響應(yīng)于聲信號(hào)來(lái)檢測(cè)第一信號(hào)的檢測(cè)器，檢測(cè)器不與該層機(jī)械接觸。第一信號(hào)表示被測(cè)層。
在[18]中公開(kāi)了允許在不損壞材料的情況下對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行檢查的、用于材料的無(wú)損評(píng)估的另一方法和布置。連續(xù)波高功率激光跨材料進(jìn)行掃描，其使用熱彈性擴(kuò)張來(lái)創(chuàng)建材料表面和材料中的超聲波?？梢酝ㄟ^(guò)不同的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)來(lái)自測(cè)試件的超聲的檢測(cè)，分別提供區(qū)域檢測(cè)、線(xiàn)檢測(cè)或點(diǎn)檢測(cè)。每次捕獲單個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的點(diǎn)檢測(cè)是用于激光超聲波的典型方法。可以使用接觸變換器，但通常使用光學(xué)檢測(cè)方法。已經(jīng)使用不同的干涉儀，包括外差式(雙光束)、共焦法布里-珀羅、以及光折變量子阱。探測(cè)激光光束針對(duì)樣本上的檢測(cè)點(diǎn)。反射的光被聚集在干涉儀中并且由光電探測(cè)器感測(cè)。由超聲引起的表面位移改變光的干擾，這創(chuàng)建了信號(hào)。檢測(cè)點(diǎn)可以與生成激光(脈沖回波)位于相同側(cè)或相反側(cè)(透射傳輸)。所有的這些方法依靠聲音檢測(cè)器或麥克風(fēng)中的元件的變形或空間移動(dòng)。即使在偏好的線(xiàn)檢測(cè)中(尤其是通過(guò)氣耦合的激光聲檢測(cè))，超聲通過(guò)引導(dǎo)激光光束通過(guò)聲干擾被感測(cè)。通過(guò)物理位移的干擾引起光束的光學(xué)路徑的改變，這可以用位置敏感的光電檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)。
現(xiàn)有技術(shù)參考
[1]gardner，w.e.，“improvingtheeffectivenessandreliabilityofnon-destructivetesting(提高無(wú)損測(cè)試的有效性和可靠性)”，seriesinternationalseriesonmaterialsevaluationandnon-destructivetesting(國(guó)際系列之關(guān)于材料演進(jìn)和無(wú)損測(cè)試的系列)，pergamonpress(培格曼出版社)(1992)。
[2]
[3]kapadia，a.，“bestpracticeguide：non-destructivetestingofcompositematerials(最佳實(shí)踐指南：復(fù)合材料的無(wú)損測(cè)試)”(2008)。
[4]wong，s.b.，“non-destructivetesting-theory，practiceandindustrialapplications(無(wú)損測(cè)試——理論、實(shí)踐和工業(yè)應(yīng)用)”，lambertacademicpublishing(蘭伯特學(xué)術(shù)出版)(2014)。
[5]vaara，p.和leinonen，j.，“technologysurveyonndtofcarbon-fiber5composites(關(guān)于碳纖維復(fù)合材料的ndt的技術(shù)調(diào)查)”(2012)。
[6]hsu，d.k.，“nondestructiveinspectionofcompositestructures：methodsandpractice(符合結(jié)構(gòu)的無(wú)損檢查：方法和實(shí)踐)”，inproceedingsofthe17thworldconferenceonnondestructivetesting(第17屆無(wú)損測(cè)試世界大會(huì)學(xué)報(bào))(2008)。
[7]pelianov，i.、buma，t.、xia，j.、wei，c-w.、以及o’donnell，m.，“ndtoffiber-reinforcedcompositeswithanewfiber-opticpump-probelaser-ultrasoundsystem(利用新的光纖泵探激光超聲系統(tǒng)的纖維增強(qiáng)復(fù)合物的ndt)”，光聲學(xué)2，63-74(2014)
[8]zfp-wiki，慕尼黑工業(yè)大學(xué)(tumünchen)，http：//zfp.cbm.bgu.tum.de/mediawiki/index.php/lufiultraschall：_funktionsweise_und_
[9]ingenieurbürodr.hillger，http：//www.dr-hillger.de，2015年10月28日訪(fǎng)問(wèn)。
[10]daschewski，m.等，“resonanzfreiemessungundanregungvonultraschall(低諧振和超聲波測(cè)量)”，intechnischesmessen(測(cè)量技術(shù))，82(3)(2015)。
[11]專(zhuān)利wo2008000007a1
[12]專(zhuān)利wo2010029509a1
[13]專(zhuān)利wo2012163681a1
[14]來(lái)自維基百科：自由的百科全書(shū)，2015年11月23日，https：//en.wikipedia.org/wiki/phasedarrayultrasonics[pa(即相控陣)探針包括許多小的超聲波變換器(通常是基于壓電的元件)，它們中的每一個(gè)可以被獨(dú)立地施以脈沖。通過(guò)改變時(shí)序(例如，通過(guò)沿行依次逐個(gè)對(duì)元件施以脈沖)，建立起相長(zhǎng)干涉的圖案，這導(dǎo)致設(shè)定角度的光束。換言之，光束可以被電子地控制。光束像搜索燈通過(guò)被檢查的組織或?qū)ο笠粯颖粧呙?，并且?lái)自多個(gè)光束的數(shù)據(jù)被放在一起以得到視覺(jué)圖像，該視覺(jué)圖像顯示通過(guò)對(duì)象的薄片。]
[15]來(lái)自維基百科：自由的百科全書(shū)，2015年11月24日，https：//en.wikipedia.org/wiki/sheafography
[16]專(zhuān)利de102004030154a1
[17]專(zhuān)利us20150233870a1
[18]專(zhuān)利us2011048135a1
待解決的問(wèn)題
為了總結(jié)現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題，做出以下陳述：
上文介紹的ndt測(cè)試系統(tǒng)具有以下限制或不足：
a)在非機(jī)載系統(tǒng)中，在測(cè)試對(duì)象和測(cè)試系統(tǒng)之間原則上需要接觸介質(zhì)而不是空氣。然而，尤其對(duì)于大尺寸的測(cè)試對(duì)象，將接觸介質(zhì)應(yīng)用于測(cè)試對(duì)象上是耗時(shí)的，并且接觸介質(zhì)可能污染測(cè)試對(duì)象。如果使用水例如作為接觸介質(zhì)，則測(cè)試對(duì)象可能生銹/氧化，這是不期望的。
b)通常在傳輸模式中使用傳統(tǒng)的機(jī)載超聲測(cè)試系統(tǒng)。這需要從測(cè)試對(duì)象的兩側(cè)的實(shí)體可達(dá)性，并不是所有的測(cè)試環(huán)境都可以保證這一點(diǎn)。尤其對(duì)于大尺寸的測(cè)試對(duì)象或者安裝在窄的隔間中的測(cè)試對(duì)象或類(lèi)似對(duì)象，從兩側(cè)可達(dá)可能極具挑戰(zhàn)性或者不可能。
c)如果在反射模式中使用傳統(tǒng)系統(tǒng)(脈沖回波方法)，通常被用作發(fā)送器和接收器的壓電變換器的脈沖后振蕩(振鈴；也見(jiàn)圖2)限制系統(tǒng)的時(shí)間分辨率，并且因此限制深度分辨率。例如，對(duì)于薄測(cè)試對(duì)象，或接近表面處有瑕疵的厚測(cè)試對(duì)象，相應(yīng)的反射信號(hào)的時(shí)間序列可能疊加并且因此妨礙清楚的信號(hào)分析，而這是測(cè)試對(duì)象的清晰圖像所需要的。也可以說(shuō)所謂的“死區(qū)時(shí)間”導(dǎo)致“死區(qū)”。
d)大部分測(cè)試對(duì)象吸收的較高的超聲頻率多于較低的超聲頻率。另一方面，用較高的頻率將會(huì)獲得更好的分辨率，因?yàn)橄鄳?yīng)的較小的波長(zhǎng)用更高的精度分辨小尺寸的內(nèi)部缺陷。出于這個(gè)原因，在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，需要并使用若干個(gè)具有不同質(zhì)量的超聲檢測(cè)器。低頻接收器用于允許厚的測(cè)試對(duì)象，并且高頻接收器用于允許具有高空間分辨率的清晰圖像。由于高諧振設(shè)計(jì)(由于以下事實(shí)被需要，即對(duì)于非諧振設(shè)計(jì)，接收器的靈敏度將會(huì)非常不好)，傳統(tǒng)的機(jī)載超聲檢測(cè)器具有非常有限的頻率帶寬。然而，同時(shí)使用若干個(gè)接收器可能導(dǎo)致相互干擾和復(fù)雜的機(jī)械設(shè)置，并且循序使用不同配置可能導(dǎo)致測(cè)試時(shí)間的增加，這對(duì)于大部分情形來(lái)說(shuō)是不期望的。
e)在傳統(tǒng)機(jī)載測(cè)試系統(tǒng)中，檢測(cè)器的靈敏度通常與其尺寸成比例。這對(duì)于例如壓電式接收器來(lái)說(shuō)是事實(shí)。因此，需要大尺寸的接收器來(lái)檢測(cè)潛在微弱的信號(hào)，因?yàn)樗l(fā)射的超聲可能被測(cè)試對(duì)象的吸收和散射衰減。然而，超聲測(cè)試系統(tǒng)獲得的圖像的分辨率不僅是聲頻的函數(shù)，其也可能?chē)?yán)重受接收器尺寸的限制。
因此，本發(fā)明的任務(wù)是找到一種方式來(lái)避免超聲測(cè)試環(huán)境中對(duì)諸如液體耦合流體的接觸介質(zhì)的需要，同時(shí)避免已知的空氣耦合(特殊的無(wú)接觸介質(zhì))超聲材料測(cè)試系統(tǒng)的缺點(diǎn)；從而創(chuàng)建針對(duì)測(cè)試對(duì)象的機(jī)載超聲測(cè)試系統(tǒng)，其可被用于各種測(cè)試對(duì)象。
所提出的解決方案
在該部分中，[]內(nèi)的數(shù)字指代第二部分末尾記錄的現(xiàn)有技術(shù)引用。
權(quán)利要求書(shū)和下文中描述的技術(shù)允許避免這些問(wèn)題，并且因此有效地實(shí)施針對(duì)frc和類(lèi)似材料的單側(cè)脈沖回波超聲ndt方法。從本發(fā)明的意義上來(lái)說(shuō)，類(lèi)似材料覆蓋可以用超聲進(jìn)行測(cè)試的所有材料。這包括用以下元件中的一者或多者制造的部件：木材、塑料、橡膠、玻璃、陶瓷、以及金屬。嵌有金屬線(xiàn)的輪胎、ic板、飛機(jī)機(jī)翼、門(mén)板、同軸電纜等帶來(lái)不同的示例。
本發(fā)明解決第3部分中討論的所有問(wèn)題。所提出的超聲測(cè)試系統(tǒng)包括無(wú)諧振熱聲超聲生成器(發(fā)射器)。在[10]中可以找到示例和解釋。[10]的整體通過(guò)引用被結(jié)合于此。該系統(tǒng)還包括無(wú)膜且無(wú)諧振的光學(xué)麥克風(fēng)。這種麥克風(fēng)沒(méi)有機(jī)械可變形部件，并且檢測(cè)聲壓引起的介質(zhì)(優(yōu)選氣體或流體介質(zhì))的折射率的改變?？稍赱11-13]中找到示例和解釋。[11-13]的整體(特別是[11-13]的圖以及關(guān)于圖的描述)通過(guò)引用被結(jié)合于此?？梢栽?u>www.xarion.com找到其它的示例，例如，產(chǎn)品線(xiàn)eta。這種光學(xué)麥克風(fēng)在空氣中工作在從10hz到高達(dá)1mhz的范圍內(nèi)，并且在液體中高達(dá)25mhz，這使得它們非常適于超聲檢測(cè)。根據(jù)本發(fā)明，生成器和麥克風(fēng)處于空氣耦合脈沖回波布置或處于空氣耦合傳輸模式布置。熱聲生成器是超聲生成設(shè)備，其不依賴(lài)于機(jī)械可變形或物理振蕩部件，但通過(guò)快速連續(xù)加熱和冷卻其表面來(lái)生成超聲。所述生成的超聲然后發(fā)射到或發(fā)射通過(guò)測(cè)試對(duì)象。涉及振蕩機(jī)械可變形元件的變換器例如將是基于壓電式晶體或揚(yáng)聲器膜的變換器。然而，這種具有機(jī)械可變形元件的變換器具有上述問(wèn)題，并且出于這個(gè)原因不是所偏好的。
從本發(fā)明的更廣泛的角度來(lái)看，激光光束和材料樣本的組合或激光光束和測(cè)試對(duì)象本身的組合也可以被認(rèn)為是無(wú)諧振熱聲超聲生成器。因此，具有優(yōu)選的高強(qiáng)度的激光光束工作在脈沖模式中，使得短脈沖或若干短脈沖的序列的激光輻射由于與目標(biāo)材料的相互作用而生成熱聲沖擊波。目標(biāo)材料樣本例如可以是引入在所述測(cè)試對(duì)象表面和激光脈沖源之間的任何板，或其可以是樣本本身的表面。此外，所述目標(biāo)材料還可以是埋藏在測(cè)試對(duì)象內(nèi)的材料層，例如，測(cè)試對(duì)象內(nèi)的特殊光吸收物質(zhì)。
無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)是全光學(xué)聲壓檢測(cè)器。它不依賴(lài)于機(jī)械可變形的部件(例如，壓電式晶體或麥克風(fēng)膜)，因?yàn)樗ㄟ^(guò)基于光波長(zhǎng)改變的干涉儀讀出的光學(xué)裝置來(lái)檢測(cè)壓力變化，其中光波長(zhǎng)改變由聲壓引起的氣體或流體介質(zhì)的折射率的改變引起。所述類(lèi)型的聲音檢測(cè)器進(jìn)一步具有無(wú)諧振的優(yōu)點(diǎn)，從而顯著減小或優(yōu)選地完全去除任何“死區(qū)”。
對(duì)于所提出的裝置來(lái)說(shuō)，由于機(jī)載超聲波的使用，對(duì)測(cè)試對(duì)象進(jìn)行無(wú)接觸檢查是可能的。不需要諸如水或膠體之類(lèi)的接觸介質(zhì)。此外，所提出的裝置允許對(duì)測(cè)試對(duì)象的單側(cè)測(cè)試。因此不需要從兩側(cè)的可達(dá)性，但從兩側(cè)的可達(dá)性仍然是可能的。此外，所提出的裝置中與無(wú)膜光學(xué)麥克風(fēng)相結(jié)合使用的熱聲生成器不顯示現(xiàn)有技術(shù)測(cè)試裝備通常展示的振鈴效應(yīng)(也見(jiàn)圖2)，但是能夠在大約幾微秒或低于1微秒內(nèi)發(fā)射非常短的類(lèi)狄拉克激勵(lì)信號(hào)。通過(guò)類(lèi)狄拉克激勵(lì)脈沖，導(dǎo)致類(lèi)似于數(shù)學(xué)狄拉克函數(shù)的信號(hào)，即無(wú)限薄的激勵(lì)尖峰。這種行為也適用于由激光激勵(lì)引發(fā)的熱聲波。這也適用于用作信號(hào)檢測(cè)器的光學(xué)麥克風(fēng)：它也不顯示振鈴效應(yīng)，并且因此可以檢測(cè)非常短的類(lèi)狄拉克超聲信號(hào)而不增加偽時(shí)間信號(hào)擴(kuò)大。由于所提出的測(cè)試裝置的這種真實(shí)的時(shí)間脈沖響應(yīng)，薄的材料可以被檢查，厚的測(cè)試對(duì)象的缺陷(即使它們位于接近表面的地方)也可以被檢查。不出現(xiàn)死區(qū)和時(shí)間信號(hào)遮蔽效應(yīng)。根據(jù)傅里葉原理，由熱聲生成器發(fā)射的短脈沖包含大的頻率帶寬。另一方面，光學(xué)檢測(cè)系統(tǒng)(即光學(xué)麥克風(fēng))的特點(diǎn)是它的數(shù)mhz的非常大的檢測(cè)帶寬。因此，根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備能夠同時(shí)處理低頻和高頻。這允許對(duì)厚尺寸測(cè)試對(duì)象的檢查，同時(shí)允許高的空間分辨率。此外，該裝置可以是非常小尺寸的(也見(jiàn)圖3)，因此不會(huì)除去圖像的非常高的空間分辨率。
可以在引用[11-13]中找到光學(xué)麥克風(fēng)，[11-13](特別是關(guān)于它們的圖以及對(duì)所述圖進(jìn)行解釋的說(shuō)明書(shū))通過(guò)引用被結(jié)合于此。
可以在夏樓激光音響有限責(zé)任公司(xarionlaseracousticsgmbh)的網(wǎng)站(www.xarion.com)找到這種有用的光學(xué)麥克風(fēng)的實(shí)踐示例。
然而，本發(fā)明不限于任何特殊類(lèi)型的光學(xué)麥克風(fēng)。優(yōu)選地，光學(xué)麥克風(fēng)的光纖耦合的實(shí)施例(夏樓激光音響有限責(zé)任公司www.xarion.at的eta產(chǎn)品系列類(lèi)型)最好地用于本目的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本公開(kāi)的一方面，提供了一種用于測(cè)試對(duì)象的機(jī)載超聲測(cè)試系統(tǒng)，包括聲音生成器(1、9)、聲音接收器(2)、用于控制生成器和接收器兩者的控制布置、以及連接到接收器(2)以顯示來(lái)源于聲音接收器(2)的信號(hào)的被測(cè)試的測(cè)試對(duì)象(3)的圖像的計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試結(jié)果界面，該系統(tǒng)的特征在于：在空氣耦合或氣體耦合的脈沖回波布置中或在空氣耦合或氣體耦合的傳輸模式布置中，聲音生成器(1)是不依賴(lài)于機(jī)械可變形或振蕩部件的無(wú)諧振熱聲超聲生成器，聲音接收器(2)是沒(méi)有機(jī)械可變形部件的無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)，檢測(cè)由聲壓引發(fā)的氣體介質(zhì)或流體介質(zhì)的折射率的改變。
根據(jù)本公開(kāi)的另一方面，提供了一種用于采用生成器(1、9)和接收器(2)利用超聲空氣壓力波對(duì)測(cè)試對(duì)象(3)進(jìn)行測(cè)試的方法，其特征在于：在測(cè)試對(duì)象(3)的前面、在測(cè)試對(duì)象的表面上或在被放置在測(cè)試對(duì)象(3)前面、測(cè)試對(duì)象(3)的表面上或被埋藏在測(cè)試對(duì)象(3)內(nèi)的吸收目標(biāo)(13)處創(chuàng)建無(wú)諧振熱聲超聲空氣壓力波的生成器(9)被選擇，并且來(lái)自測(cè)試對(duì)象的反射超聲空氣壓力波(5b)被作為傳感器(2)的激光光學(xué)麥克風(fēng)接收和檢測(cè)，該激光光學(xué)麥克風(fēng)沒(méi)有機(jī)械可變形部件、檢測(cè)由聲壓引發(fā)的氣體介質(zhì)或流體介質(zhì)的折射率的改變，其中被檢測(cè)的波(5b)被分析并且結(jié)果以傳統(tǒng)方式被顯示。
附圖說(shuō)明
圖示在重疊方法中被描述。相同參考標(biāo)號(hào)指代相同元件。
圖1示出典型的創(chuàng)造性裝置。
圖2a示出已知的測(cè)試設(shè)備的包括振鈴的信號(hào)。
圖2b示出來(lái)自熱聲變換器的無(wú)振鈴信號(hào)，本發(fā)明與無(wú)膜且無(wú)諧振的激光光學(xué)麥克風(fēng)相結(jié)合使用該熱聲變換器。
圖3示出聚焦實(shí)施例。
圖4示出不同的裝置。
圖5示出另一不同的裝置。
圖6示出無(wú)膜且無(wú)諧振的光學(xué)麥克風(fēng)的配置。
圖7示出掃描系統(tǒng)。
圖8示出采用熱聲變換器的陣列和無(wú)膜且無(wú)諧振的光學(xué)麥克風(fēng)的陣列的陣列系統(tǒng)。
具體實(shí)施方式
圖1中示出的是典型的創(chuàng)造性裝置。從熱聲生成器1a將機(jī)載超聲波5發(fā)射到空氣中或另一聲音傳播介質(zhì)(例如，測(cè)試環(huán)境中可能存在的特定氣體10)中。這種特定氣體例如可以包括氮?dú)饣蚨趸蓟驓怏w混合物，例如，thorlabsinc(https：//www.thorlabs.de)處可獲得的thorlabs氣體(惰性除塵氣體)，其由于測(cè)試對(duì)象3將不被暴露于氧氣中這一事實(shí)受到偏好，其還由于因折射率的壓力相關(guān)的改變?nèi)Q于介質(zhì)這一事實(shí)而提高無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)的靈敏度受到偏好。聲音傳播介質(zhì)也可以是任何液體(例如，油、水、血液或其它)；然而，在氣體中使用時(shí)熱聲生成器的效率更為有利。其結(jié)果是，聲音傳播介質(zhì)將通常是普通的環(huán)境空氣。聲波入射到測(cè)試對(duì)象3。由于來(lái)自測(cè)試對(duì)象的前表面或后表面、或來(lái)自?xún)?nèi)部缺陷6或來(lái)自任何特定超聲反射部件的反射，接收器2檢測(cè)到聲波。這種部件例如可以是光纖的松散的細(xì)絲、復(fù)合材料中的裂縫、以及smd集成電路中的元件或計(jì)算機(jī)母版上的離散部件或類(lèi)似物。此外，層復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)的脫層可以被檢測(cè)到，即使損壞從外部不可見(jiàn)。
利用本發(fā)明，另一方面人們還檢測(cè)例如浸沒(méi)在重水或類(lèi)似物中的碳棒或鈾棒中的裂縫。在這種情況下機(jī)載設(shè)備可以被浸沒(méi)到反應(yīng)堆容器中。因此，本發(fā)明可以被用于氣體或液體中的各種測(cè)試對(duì)象。
屏蔽墻可以按被用于隔離不需要的直接聲音(例如，從測(cè)試對(duì)象的表面反射的聲音、或來(lái)自聲音源(生成器/發(fā)射器)的聲音)的空間關(guān)系被放置在生成器和檢測(cè)器之間。通常，包括硬件和軟件的控制單元12被用于生成電脈沖信號(hào)、分析接收器2獲得的電信號(hào)并生成測(cè)試對(duì)象的圖像。
更具體地，硬件包括(i)任意信號(hào)生成器，其能夠生成被發(fā)送到生成器1a的電激勵(lì)脈沖，以及(ii)信號(hào)分析硬件(通常是模數(shù)轉(zhuǎn)換器并且可選地是諸如dsp芯片之類(lèi)的數(shù)字信號(hào)處理單元)，其從檢測(cè)器2接收它的輸入，以及(iii)機(jī)械掃描器(參見(jiàn)圖7)，用于在測(cè)試對(duì)象的表面上方物理地移動(dòng)生成器1a和檢測(cè)器2，以及(iv)軟件例程，其能夠在處理并整合幅度、時(shí)間和頻譜數(shù)據(jù)流的同時(shí)控制信號(hào)生成器、信號(hào)分析硬件、掃描器。更具體地，使用傅里葉變換來(lái)對(duì)所接收的信號(hào)的頻譜信息進(jìn)行分析可以是感興趣的。由于生成器和檢測(cè)器兩者的寬頻譜帶寬，許多頻率可以被發(fā)射并同時(shí)被接收。因此，通過(guò)使用頻譜分析作為信號(hào)處理的一部分，許多頻帶可以同時(shí)被研究。因此，可以避免多個(gè)連續(xù)的掃描過(guò)程(每一者使用不同的頻率，如現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備中所常見(jiàn)的)。這種控制單元12可以是ingenieurbuerodr.hillgerhttp：//www.dr-hillger.de處可獲得的商業(yè)可用設(shè)備(例如，dr.hillgeruspc4000airtech(掃描器)、hill-scan3010(轉(zhuǎn)換器)和hilgus(軟件))，或者其可以是專(zhuān)門(mén)建立的系統(tǒng)?？刂茊卧?2用電連接17連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)18用于數(shù)據(jù)記錄/記載、信號(hào)分析、經(jīng)由監(jiān)視器的進(jìn)一步處理和顯示。
圖1中使用的其它參考標(biāo)號(hào)：
1a：熱聲超聲生成器
2：無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)
3：被測(cè)設(shè)備、測(cè)試對(duì)象、材料樣本
4：光學(xué)屏蔽墻
5：從生成器1a、5b到接收器2的超聲壓力波5a
6：材料缺陷
10：測(cè)試環(huán)境中的介質(zhì)：空氣或其它氣體或其它液體
12：控制單元
14：角度，超聲生成器和接收器的不同元件的不同角度的示例。例如，接收器2類(lèi)似地與測(cè)試對(duì)象3的表面上的垂直線(xiàn)/法線(xiàn)成特定角度。該角度在圖示中未被示出，并且可能取決于所示出的超聲生成器角度14但是也取決于其它物理物質(zhì)(例如，材料樣本)而變化。在實(shí)踐中用戶(hù)將改變角度14以及接收器2的相應(yīng)的角度，以使得所接收的信號(hào)是最大的或者接近最大。優(yōu)選地，生成器1和/或接收器2在使用時(shí)在空間上被放置成相對(duì)于測(cè)試對(duì)象3的表面上的垂直面成角度14來(lái)面對(duì)測(cè)試對(duì)象3。根據(jù)本發(fā)明的可選特征，所述角度14可以針對(duì)生成器1和/或接收器2到測(cè)試對(duì)象3上的所述垂直表面的相對(duì)位置而變化。
17：電線(xiàn)
18：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)
圖1的設(shè)備的可能變體：
生成器1a和測(cè)試對(duì)象3之間或接收器2與測(cè)試對(duì)象3之間的角度14(更精確地：被發(fā)射的超聲的軸與測(cè)試對(duì)象的表面法線(xiàn)之間形成的角度)可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。注意，對(duì)超聲測(cè)量領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，如圖1中所指示的角度14不僅應(yīng)用于其中指示了該角度14的具體元件，而是應(yīng)用于所有相關(guān)角度。這包括從生成器到測(cè)試對(duì)象的表面的直線(xiàn)(發(fā)射方向)與從接收器(接收的方向)到測(cè)試對(duì)象的直線(xiàn)之間的角度。同樣地，該裝置中使用的任何其它元件中的角度可以被改變。根據(jù)對(duì)性能方面的期望效果，每個(gè)組件的角度可以相互之間相同或不同。為了改變所述角度，相對(duì)于測(cè)試對(duì)象3對(duì)生成器1a進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，以使聲波以不同的角度入射到測(cè)試對(duì)象，該不同的角度可以是0°(180°)和90°之間的更多任意角度。這同樣地適用于接收器2和測(cè)試對(duì)象之間的角度。
生成器1a、接收器2和測(cè)試對(duì)象3之間的距離可以被改變以使某一信號(hào)分量最大。為了改變所述距離，生成器1a和接收器2被放置為在物理上更接近(例如，相距幾毫米)彼此，或者被放置為遠(yuǎn)離(例如，相距數(shù)米)彼此。這同樣分別適用于生成器和測(cè)試對(duì)象之間的距離，和/或接收器與測(cè)試對(duì)象之間的距離。
生成器1和接收器2可以被安裝在一個(gè)載體上或者被安裝在不同的載體上，并且生成器1a和接收器2甚至可以被放置在測(cè)試對(duì)象3的相對(duì)側(cè)，導(dǎo)致傳輸設(shè)置測(cè)量。
圖2(現(xiàn)有技術(shù))在上半部分中示出從傳統(tǒng)的200khz壓電式超聲生成器發(fā)射的信號(hào)并在下面示出從傳統(tǒng)的500khz生成器(右)發(fā)射的信號(hào)。電刺激(粗線(xiàn))和從壓電式生成器發(fā)射的相對(duì)應(yīng)的發(fā)射超聲信號(hào)被示出。即使電刺激非常短(在該示例中，其長(zhǎng)度為2μs)，所產(chǎn)生的聲音信號(hào)仍可以具有數(shù)百u(mài)s的長(zhǎng)度，這是因?yàn)閴弘娛骄w顯示出由于其自諧振導(dǎo)致的嚴(yán)重的振鈴效應(yīng)。
圖2b示出從熱聲生成器發(fā)射的、由無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)測(cè)量的聲信號(hào)。電刺激(粗線(xiàn))和相應(yīng)的聲信號(hào)被示出。熱聲生成器和光學(xué)麥克風(fēng)都沒(méi)有顯示出自諧振行為，因?yàn)閮煞N變換器都不是基于機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的，檢測(cè)聲壓引起的氣體或流體介質(zhì)的折射率的改變。因此，所記錄的信號(hào)非常短并且高度對(duì)應(yīng)于電刺激。現(xiàn)有壓電式接收器的傳統(tǒng)狀態(tài)不可能用于在不增加不期望的機(jī)械諧振效應(yīng)的情況下進(jìn)行檢測(cè)。此外，傳統(tǒng)的電容式麥克風(fēng)將不具有足夠的頻率帶寬(通常限制于140khz)來(lái)記錄該長(zhǎng)度為2μs的短脈沖，其需要至少1/2μs＝500khz的帶寬。
圖3示出可能采用以便輔助精確定向的激勵(lì)空氣壓力波的聚焦實(shí)施例。優(yōu)選地，生成器1b被構(gòu)建為內(nèi)凹的彎曲的生成器，其中特別地生成器1b具有拋物線(xiàn)型的發(fā)射元件。由于熱聲生成器1b使用μm級(jí)厚度的非常薄的箔的事實(shí)，它可以被形成彎曲形狀的(特別是拋物線(xiàn)型)發(fā)射器。生成器1b還可以被安裝在特別凹的發(fā)射器鏡面的前面，該發(fā)射器鏡面將超聲波反射到測(cè)試對(duì)象上。因此，將所發(fā)射的超聲信號(hào)聚焦到測(cè)試對(duì)象3上的小點(diǎn)是可能的。這允許更高的空間分辨率。接收器2可以經(jīng)由薄的機(jī)械底座7被放置在生成器1b的前面，因?yàn)榻邮掌鞯某叽缧〔⑶掖篌w不會(huì)遮蔽從生成器發(fā)射的信號(hào)。接收器通常包括中空腔或具有至少一個(gè)通孔15，在改進(jìn)的變體中，所發(fā)射的來(lái)自生成器1b的聲壓波5可通過(guò)該中空腔或通孔向測(cè)試對(duì)象傳播，并且所反射的聲壓波也可通過(guò)該中空腔或通孔傳播。在圖6中詳細(xì)示出該通孔15。由于這種設(shè)置(其具有集成生成器和麥克風(fēng)的方便的探針的形狀)，該裝置可具有非常小的物理尺寸。在極端情況下，生成器1b可以不大于檢測(cè)器2的覆蓋區(qū)。聲波5應(yīng)當(dāng)通過(guò)檢測(cè)器2被輻射，從而形成具有最小橫向尺寸的裝置。
圖3中使用的其它參考標(biāo)號(hào)：
1b：熱聲超聲發(fā)射器/生成器
2：無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)
3：測(cè)試對(duì)象、材料樣本
5：超聲壓力波
6：材料缺陷
7：機(jī)械底座
圖3的設(shè)備的可能變體：
-生成器1b和測(cè)試對(duì)象3之間、或接收器2與測(cè)試對(duì)象3之間、或生成器與接收器之間的角度14(見(jiàn)圖1)可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。
-生成器1b、接收器2和測(cè)試對(duì)象3之間的距離可以被改變以使某一信號(hào)分量最大。
-生成器1b的表面形狀可以被改變。根據(jù)所要求的聲壓級(jí)別，其可以更小或更大，或者其可以采用球面、平面、拋物鏡面的形狀或其它有用的形狀以用于創(chuàng)建超聲壓力波的聚焦。
-接收器3的表面形狀也可以被改變。根據(jù)所要求的檢測(cè)器靈敏度，其可以更小或更大，或者其可以采用球面、平面、拋物鏡面的形狀或其它形狀以用于將返回的聲波引導(dǎo)或反射到光學(xué)麥克風(fēng)的中空腔中。
-附加的鏡面元件可以被放置在發(fā)射器1b或檢測(cè)器3的前面(或后面)；另外，針對(duì)鏡面元件的更完全的解釋參考圖4。這些鏡面元件可以是平面的或具有彎曲表面(例如，拋物線(xiàn)形狀)。如果需要，鏡面可以包括用于聲激勵(lì)波傳輸?shù)目住?/p>
-接收器2可以經(jīng)由機(jī)械底座7被安裝在發(fā)射器1b的前面，使得空氣壓力波的發(fā)射方向和接收方向至少是大體平行的。
圖4示出不同的裝置，其中生成器1和接收器2可以被放置在測(cè)試對(duì)象3的相對(duì)側(cè)，得到傳輸設(shè)置。除了也在此處的生成器1之外，可以使用替代的超聲波源(激光器9)。要注意的是，生成器1和激光器9通常不同時(shí)使用，但它們可以分別替代彼此。此外，要注意的是，生成器1可以采用生成器1a的形狀或生成器1b的形狀，并且因此僅被稱(chēng)為生成器或發(fā)射器1。此外，對(duì)于使用由激光器9發(fā)射的激光光束8作為超聲波生成的更詳細(xì)的描述，參考圖5。
圖4中的參考標(biāo)號(hào)：
1：熱聲超聲生成器
2：無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)
3：測(cè)試對(duì)象、材料樣本
4：光學(xué)屏蔽墻
5：超聲壓力波
6：材料缺陷
8：激光光束，在測(cè)試對(duì)象3的表面處生成熱聲沖擊波5
9：激光器
11：鏡面元件
圖4的可能變體：
-生成器1b和測(cè)試對(duì)象3之間、或接收器2與測(cè)試對(duì)象3之間、或生成器與接收器之間的角度14(見(jiàn)圖1)可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。
-激光器9、接收器2和測(cè)試對(duì)象3之間的距離可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。
-激光器9可以工作在不同的脈沖長(zhǎng)度模式(ps、ns等)和不同的光學(xué)波長(zhǎng)(例如，1064nm、532nm、遠(yuǎn)紅外處等)。
-接收器3的表面形狀可以被改變。根據(jù)所要求的檢測(cè)器靈敏度，其可以更小或更大，或者其可以采用球面、平面、拋物鏡面的形狀或其它形狀。
-附加的鏡面元件11可以被放置在檢測(cè)器3的前面(或后面)。這些鏡面元件可以是平面的或具有彎曲表面(例如，拋物線(xiàn)形狀)。如果需要，鏡面可以包括用于聲傳輸?shù)目?。鏡面元件用于以下目的：對(duì)于生成器1，可以以不定向的方式輻射聲波。也即，不僅可以向測(cè)試對(duì)象3發(fā)射聲波，還可以在其它空間方向發(fā)射聲波。鏡面收集這些聲波并將它們聚焦到測(cè)試對(duì)象的表面或內(nèi)部區(qū)域。因此，入射到測(cè)試對(duì)象的表面的聲波密度被最大化，這在許多應(yīng)用中是可取的。對(duì)于檢測(cè)器2，目的類(lèi)似：因?yàn)閺臏y(cè)試對(duì)象3輻射的聲波可以指向若干個(gè)空間方向并且可能由于不入射到檢測(cè)器2而丟失。鏡面元件11收集這些聲波并將它們重定向到檢測(cè)器的孔(中空腔15)。由于所反射的波需要經(jīng)過(guò)的附加的路徑長(zhǎng)度，與到達(dá)檢測(cè)器2而不經(jīng)由鏡面元件11繞道的直接聲音相比，所反射的信號(hào)在時(shí)間上可被延遲。由于短的時(shí)間延遲，這例如可以是不重要的；或者，可以使用時(shí)間控制方法隔離隨后的信號(hào)。此外，可以使用隔聲罩4來(lái)屏蔽檢測(cè)器2，使得沒(méi)有信號(hào)入射到檢測(cè)器2。另一可能性是遠(yuǎn)離這一位置(大量直接聲音被從該位置發(fā)射到檢測(cè)器)放置檢測(cè)器，并且超聲波的主要部分僅可經(jīng)由鏡面元件11到達(dá)檢測(cè)器。
圖5示出不同的變體裝置，其中生成器不是熱聲生成器而是高強(qiáng)度激光器，工作在短脈沖模式9。所發(fā)射的激光光束8一接觸測(cè)試對(duì)象3的介質(zhì)就產(chǎn)生熱聲沖擊波。如果激光光束在空氣中被聚焦并具有足夠能量，光束本身(沒(méi)有除空氣以外的其它介質(zhì))可以生成等離子放電，這導(dǎo)致沖擊波。該沖擊波是聲波5，其然后被上述裝置檢測(cè)到。出于特定原因，如果超聲波將不通過(guò)激光光束8與測(cè)試對(duì)象3的直接接觸被生成(例如，當(dāng)測(cè)試對(duì)象的材料對(duì)激光光束是透明的)，吸收目標(biāo)13(其不透明)可以被引入到激光光束8中。該吸收目標(biāo)13具有期望的吸收度(通常為高吸收度)并且將不被激光光束8損壞。它生成熱聲(超聲)聲波5，其具有與從生成器(5，圖4)輻射的聲波相似的屬性。吸收目標(biāo)13或吸收板也可以被放置在介質(zhì)10中，或者甚至可以被埋藏在測(cè)試對(duì)象3內(nèi)部。
圖5中的其它參考標(biāo)號(hào)：
2：無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)
3：測(cè)試對(duì)象、材料樣本
4：光學(xué)屏蔽墻
5：超聲壓力波
6：材料缺陷
8：激光光束，在測(cè)試對(duì)象(3)的表面處生成熱聲沖擊波5
9：激光器
11：鏡面元件
13：吸收目標(biāo)
圖5的可能變體：
-發(fā)射器1b和測(cè)試對(duì)象3之間、或接收器2與測(cè)試對(duì)象3之間、或發(fā)射器與接收器3之間的角度14(見(jiàn)圖1)可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。
-激光器9、接收器2和測(cè)試對(duì)象3之間的距離可以被改變以便使某信號(hào)分量最大。
-激光器9可優(yōu)選地被引導(dǎo)為同軸地沿接收器2的接收器路徑，其中生成器光束與接收所反射的聲波之間的角度實(shí)質(zhì)上是0°。在該實(shí)施例中，來(lái)自生成器9的激光光束以及激光麥克風(fēng)的激光通過(guò)一根或兩根光纖被傳送到保持激光器9和傳感器2的單個(gè)載體7。優(yōu)選地，所述載體可安裝在掃描器設(shè)備上(圖7)或甚至可以是手持式設(shè)備。
-激光器9可以工作在不同的脈沖長(zhǎng)度模式(ps、ns等)和不同的光學(xué)波長(zhǎng)(例如，1064nm、532nm、遠(yuǎn)紅外處等)。
-激光器9和接收器2可以被放置在測(cè)試對(duì)象3的相對(duì)側(cè)，導(dǎo)致傳輸設(shè)置測(cè)量。
-接收器3的表面形狀可以被改變。根據(jù)所要求的檢測(cè)器靈敏度，其可以更小或更大，或者其可以采用球面、平面、拋物鏡面的形狀或其它形狀。
-附加的鏡面元件11可以被放置在檢測(cè)器3的前面(或后面)。這些鏡面元件可以是平面的或具有彎曲表面(例如，拋物線(xiàn)形狀)。如果需要，鏡面可以包括用于激勵(lì)聲傳輸?shù)目住?/p>
圖6示出無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)的配置。聲壓5影響通孔15的光學(xué)屬性，影響光學(xué)麥克風(fēng)的激光光束16。
對(duì)于無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)的配置的細(xì)節(jié)，也參見(jiàn)所公布的參考[11-13]。
標(biāo)號(hào)2指示無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)；5指示超聲壓力波并且11指示鏡面元件。
15指示麥克風(fēng)中填充有任意的介質(zhì)(根據(jù)需要，優(yōu)選地像空氣一樣的氣體介質(zhì)或者像液體一樣的流體介質(zhì)，甚至可以使用其他介質(zhì))的通孔，16指示用于無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)解調(diào)的激光光束。該激光光束由麥克風(fēng)2上的激光二極管直接創(chuàng)建或可能優(yōu)選地通過(guò)光纖被遞送。
圖7示出采用聲音生成器和聲音接收器的創(chuàng)造性組合的新掃描器系統(tǒng)，其中聲音生成器由不依賴(lài)于機(jī)械可變形或振蕩部件的無(wú)膜熱聲超聲生成器制成，聲音接收器由無(wú)需空氣或氣體耦合的脈沖回波布置中的任何諧振效應(yīng)的無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)制成。通過(guò)導(dǎo)軌21或類(lèi)似的布置的幫助，沿移動(dòng)21的方向在測(cè)試對(duì)象3(材料樣本)的表面上移動(dòng)包含生成器和接收器的測(cè)試系統(tǒng)19(參考圖1、2、3和5的設(shè)備中的任何設(shè)備)。
圖8示出示例性陣列系統(tǒng)。在該配置中，生成器包括兩個(gè)、三個(gè)、或更多個(gè)發(fā)射元件1a。也見(jiàn)[14]，其通過(guò)引用被結(jié)合于此。這些發(fā)射元件1a可以被并排布置，或按如圖8中所示出的同心方式被布置。通過(guò)控制單個(gè)元件之間的相位，這種所謂的相控陣配置允許將所發(fā)射的波束5定向到具體需要的空間方向。它還允許將超聲壓力波的波束5聚焦到測(cè)試對(duì)象3的表面。檢測(cè)器2還包括兩個(gè)、三個(gè)、或多個(gè)無(wú)膜且無(wú)諧振光學(xué)麥克風(fēng)(超聲接收器)。這種檢測(cè)器配置允許對(duì)差分信號(hào)進(jìn)行分析，或進(jìn)一步提高信號(hào)與噪聲比。它還可以被用于波束成形分析，或者本領(lǐng)域技術(shù)人員常用和公知的其它技術(shù)。
權(quán)利要求中描述和覆蓋了其它設(shè)備/變體和方法。