楔形样品的激光光热辐射检测技术研究

摘要

光热辐射技术(PTR)是在光声光谱技术的基础上发展起来的一种新型的检测技术，因其具有非接触，快速响应，高灵敏度等优点，如今已逐渐成为对各种材料性质进行无损检测的有力工具之一。由于样品的几何形状对光热信号有着复杂的影响，因此针对不同的样品需要建立不同的理论模型，而这其中的关键就是得到样品的温度场分布表达式。在过去几十年里，光热辐射技术都局限于对形状简单的平面样品的研究。近年来随着光热辐射技术的发展，一些曲面样品（如圆柱、球）的PTR研究也随之展开，并取得了很好的结果。为使此项技术的应用范围得到进一步扩大，在本文中，我们对楔形样品的光热辐射检测技术进行了系统研究，建立了楔形样品温度场分布的理论模型，并对楔形样品各种参数对温度场的影响进行了讨论。首先，我们利用格林函数法，以圆柱样品理论模型为基础，在柱坐标系下建立了楔形样品温度场分布的理论模型，并给出了相应的数学表达式。随后，利用数值模拟的方法，对楔角附近温度场分布特性进行了研究，同时，还从楔形样品的张角，热扩散率以及入射光调制频率等方面分析了这些因素对温度场的影响。利用退化方法以及通过此模型在特殊情况下所得结果与文献结果相比较，从理论上显示了很好的一致性。最后，利用实验对此理论模型进行了进一步的验证。通过数据拟合得到的实验结果与理论结果非常接近。楔形样品理论模型的建立，使得PTR技术的理论和应用得到了进一步的丰富和完善，同时为实现对楔形样品中楔角附近深度轮廓及缺陷的定量测量提供了理论基础。