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1、大连理工大学硕士学位论文激光超声无损检测技术对岩体物性测试的研究姓名：尹向宝申请学位级别：硕士专业：理论物理指导教师：衣学喜20080501大连理工大学硕士学位论文摘 要激光超声无损检测技术是材料无损检测的一种重要手段，是目前人们所关注的一种重要的检测方法。传统的无损检测方法具有一定的局限性，在某些恶劣检测环境中或被测岩体具有放射性时，已不能完全满足要求，在开掘巷道或进行开采工作时，岩体中原来的应力平衡状态被破坏，应力将重新分布。重新分布后的应力一旦超过岩体的极限强度时，就使得巷道或开采工作面周围的岩体发生破坏直至形成新的应力平衡。为了生产的安全，应当研究岩体的结构特征及应力的变化规律。本文研
2、究在固体中激光激发超声波的产生机理，利用激光脉冲来激发超声脉冲，能以非接触方式对岩体进行连续快速的自动检测，可以在高温、放射性等各种恶劣环境下进行超声检测，已被广泛应用于建筑工程、隧道工程等领域。本文阐述了激光超声的激发原理和激光超声信号检测方法及在对岩体物性测试中的应用，并且针对目前存在的一些技术难题指出了今后的解决方向。本文第一章简要对国内外激光超声无损检测技术研究现状进行了分析。第二章中详细阐述了激光超声的热弹激发机理和烧蚀激发机理，并分析和比较了激光超声各种波形的特点。然后，介绍了激光超声的光学检测技术，并重点分析干涉检测技术的原理和特点。在此基础上，本文第三章介绍了激光超声检测系统的
3、基本结构及工作原理，并通过实验利用激光超声建立岩石超声波谱测试系统，建立适用的小波理论及专用软件，试验专用传感器的性能，岩石超声波谱特性与岩石结构、稳定、破坏规律的标定问题，从而证实了利用激光超声技术对岩体进行无损检测的可行性和有效性。关键词：激光超声：无损检测；超声波谱；岩石物性激光超声无损检测技术对岩体物性测试的研究Laser surpasses sound there being no mean detecting technology and theirapplication in testing iIl rock mass thing natureAbstractne laser s
4、upersomc not damages the examination technology is the material notdamages the examination one important method，Is one important cxamination method whichthe present people pays attention。ne tradition not damages the examination method to havethe certain limitation， in certain bad examination environ
5、ment or was measured when thecrag body has the radioactivity，has not been able completely to mIswer the purpose。Whendigs the tunnel or carries on the mining work,the crag body aTea south of Yellow Rivercomes the stress state of equilibrium is destroyed，the stress refill distribute。Redistributesafter
6、 the stress when surpasses the crag body the ultimate strength，causes the tunnel or minesaround the working surface the crag body to have the destruction until to form the new stressbalanceIn order to produce the security,must study the crag body the structure characteristicand the stress change rul
7、e孔is article studies in the solid the laser stimulation ultrasonicwave production mechanism，stimulates the supersonic pulse using the pulse of laser light，can carry on continuously the fast automatic detection by the noncontact way to the cragbody，may in the hilgh temperature，radioactive and so on u
8、nder each kind of adversecircumstance carry on the supersonic examination，has been widely applied to domain and SOOn architectural engineering，tunnelingnis article elaborated the laser supersonicstimulation principle and the laser supersonic signal examination method and in to in the cragbody nature
9、 test application，and some technical difficult problems which exists in view of atpresent have pointed out the next solution direction。ne this article first chapter briefly supersonic not damaged the examination engineeringresearch present situation to the domestic and foreign lasers to carry on the
10、 analysisIn secondchapter in detail elaborated the laser supersonic hot hall stimulation mechanism and theablation stimulation mechanism，and analyzed and has compared the laser supersonic eachkind of profile characteristicThen，introduced the laser supersonic optics examinationtechnology，and key anal
11、ysis interference examination technology principle and characteristicIn this foundation，the this article third chapter introduced the laser supersonic examinationsystem basic structure and the principle of work，and use the laser supersonic establishmentrock supersonic spectrum test system through th
12、e experiment，establishes the suitable wavelettheory and specialpurpose software，the experimental specialpurpose sensor performance，the rock supersonic spectrum characteristic and the rock texture，iS stable，the destruction ruleII大连理工大学硕士学位论文demarcates the question，thus confirmed carrics on using the
13、laser supersonic technology tothe crag body not damages the examination the feasibjlity and the validityKey Words：Laser supersonic：Not damages the examination；Supersonic spectrum；Rock natureIII独创性说明作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他入已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理工大学或者其他单
14、位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。作者签名： 卜日期： 址大连理工大学硕士研究生学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：导师签名：盘堡圭幽年上月生日大连理工大学硕士学位论文1绪论11 激光超声技术的国内外研究现状
15、及发展趋势早在十九世纪，Bell就发现了光声现象。即固体、液体或气体在受到强光辐照时，吸收光能，体积膨胀：如果光强受到调制，即由物质的伸缩而产生声波。另外，样品同时还有热效应，一般合称为光声光热效应。上世纪六十年代激光被发明，并很快引入光声领域，最早是Whiten21和Askayan3】于1963年各自提出了用脉冲激光在固体和液体中激发超声的方法。接着Ramsden【41，Bunkinl5l和Stegmant61观察到强激光在固体中产生的爆炸波和在大气中产生的点火或燃烧波，都会随距离和时间的增加而衰变为声波m。自此以后激光激发应力脉冲(声脉冲)的研究就不断的发展起来，在三种媒质中的激发研究均有
16、很大进展。在1963年，White演示了固体靶由于吸收激光、微波、电子束等辐射脉冲而产生弹性波的实验，也提出了由瞬态表面热化而产生弹性波的一维理论。不久又演示了用红宝石激光器激发，用梳状换能器接收声表面波的实验。追溯起来，这就是激光超声技术的开始。1976年Bondarenk等【8】首先将激光超声技术应用于材料实验，用调Q红宝石激光器激发，用带宽为5kH至150MHz，位移灵敏度为109m的干涉仪检测由有两层抛光的不锈钢板钳在一起的人工缺陷。1980年Calder等【9】用Nd：Glass激光器激发，检测来自制作在25ram厚的铝板中心的人工圆柱缺陷的散射波。Wellman等【10】用能量为1J的红宝石激光器激发，用干涉仪检测，分辨出两个直径为2mm的平行的人工钻孔缺陷。后来Hutchins和Nedeou等【11】用Nd：YAG激光器，Eo107 wme)材料表面温度急剧升高至材料的熔点，产生烧蚀现象，导致表面小部分材料被汽化，形成等离子体，称为融蚀机制116】。在目前的理论中，
