光电子技术及应用

1、西安邮电大学光电子技术及应用大作业班级：学 号： 03101147院（系）：通信与信息工程学院姓名：无损光电检测技术的发展与应用西安邮电大学摘要：无损光电检测是随着高科技的发展应运而生的一门技术，该技术不同 于 传统的检测技术，现在这种技术已经被广泛的应用于工业、农业以及其 他领域，对我们的生活产生了积极的影响。文章介绍了光电检测及无损技术 的特点，同时介绍了激光超声波检测和X射线检测的原理及应用，在此基础 上，对这种技术进行了总结与展望。关键词：光电技术 无损检测X射线检测 激光超声波检测引言：随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光 电检测技术作为一门研究光与物质相互

2、作用发展起来的新兴学科，已成为现代信 息科学的一个极为重要的组成部分。光电检测技术具有测量精度高、速度快、非 接触、频宽与信息容量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点，令 其发展十分迅速，并推动着信息科学技术的发展。它将光学技术与现代电子技术 相结合，广泛应用于工业、农业、家庭、医学、军事和空间科学技术等领域。1光电检测技术随着现代科学技术以及复杂自动控制系统和信息处理与技术的提高，光电 检测技术作为一门研究光与物质相互作用发展起来的新兴学科，已成为现代 信息科学的一个极为重要的组成部分。光电检测作为光电信息技术的主要技 术之一，它是以激光、红外、光纤等现代光电子器件作为基础，通过对

3、被检 测物体的光辐射，经光电检测器接受光辐射并转换为电信号，由输入电路、 放大滤波等检测电路提取有用信息，再经模数转换等接口输入计算机运算处 理，最后显示输出所需要的检测物理量等参数。其工作原理如图 1所示。光光被光光电电存储源学测学传感信系A对变变换CZ1A显加统象换电路处理控制图1光电检测系统原理框图其技术主要包括光电变换技术、光信息获取与光信息测量技术以及测量信息的 光电处理技术等。光电检测技术将光学技术与电子技术相结合实现对各种量的测 量，它具有如下特点：（1）高精度：光电测量的精度是各种测量技术中精度最高的一种，如用激光 干涉法测量长度的精度可达到0.05um每米，用激光测距法测量地

4、球与月球之间 距离的分辨率可达到1米。（2）高速度：光电检测以光为媒介，而光是各种物质中传播速度最快的，无 疑用光学方法获取和传递信息是最快的。（3）远距离、大量程：光是最便于远距离测量的介质，尤其适用于遥控和遥 测，如武器制导、光电跟踪、电视遥测等。（4）非接触测量：光照到被测物体上可以认为是没有测量力的，因此也无摩 擦，可以实现动态测量，是各种测量方法中效率最高的一种。2无损检测技术概述无损检测NDT（Non-destructivtesting），就是利用声、光、磁和电等特性，在不损 害或不影响被检对象使用性能的前提下，检测被检对象中是否在缺陷或不均匀性，给出 缺陷的大小、位置、性质和数量

5、的所有技术手段的总称T是指对材料或工件实施一种 不损害信息，进而判定被检对象所处技术状态，如合格与否、剩余寿命等或不影响其未 来使用性能或用途的检测手段。通过使用NDT，能发现材料或工件内部和表面所存 在的缺陷，能测量工件的几何特征和尺寸，能测量材料或工件的内部组成、结构、物理 性能和状态等。无损检测方法可以分为常规无损检测方法和非常规无损检测方法。常规 无损检测方法有超声检测trasonicTesting射线检测Radiographi（Testing磁粉 检测 MagneticparticleTesting 渗透检测 PenetrantTesting 涡流检测 Eddycurrent Tes

6、ting非常规无损检测技术有声发射coustic Emission泄露检测Leak Testing 光全息照相OpticalHolography红外热成像，微波检测icrowaveTesting2。随着这些年的飞速发展，无损检测技术逐渐由定性检测向定量检测方向发展，在检测过程 中，不仅要探测出缺陷的有无及位置，要测定出缺陷的类型尺寸、形状和取向。通 过上面的分析，可以发现光电检测技术和无损检测技术的本质都是通过传感器获取物件 的状态信息。通过传感器检测到的电信号，经过后续的处理，从而得到物件的状态信息， 确定物件的运行状态。从这个层面上判断，二者应该有很大的交集，事实也是这样的， 光电检测技术

7、在无损检测领域得到了广泛的应用，主要包括红外成像技术、机器视觉技 术和X射线等技术。3 X射线无损检测技术3.1原理及装置X射线是一种类似于光、热和无线电波的电磁辐射波，它的特点是波长短（工 业X射线探伤中常用的波长范围约在0.1-0.001nm之间）。由于辐射物质的波长 越短，它穿透物质的能力也愈大，所以X射线具有极大的穿透物质的能力，正是 利用这一特性进行X射线检测。全反射X射线是利用X射线束的掠入射光速进 行检测，其检测系统组成如图2所示3。与传统的X射线光谱相比，全反射X 射线光谱具有以下突出特点：（1）具有更好的表面响应灵敏度；（2）更低的非弹 性散射背景；（3）具有更好的信号强度；

8、（4）利用X射线的驻波实现多层分析4-TEU1-幽佛采集特图w X射线检测系统组成示意图按照全反射X射线光谱产生的特殊光学机理，X射线检测仅需要很少的样品量， 从而可以极大地克服检测过程的基体效应。如果待检测元素间不存在相互作用， 那么所有的离子都可以同时被检测并进行定量分析。在均匀介质中，多种元素 同时定量分析公式如式（1）所示5：mini(1)其中：C是质量分数；I是荧光的强度；S是相对强度；x是待测元素；int是添加的内标元素；m是质量。如果待测元素的质量未知，可采用相对质量分数进行计算：lx/Sx tG二瓦7房.以）其中：i为待测的所有元素。对于非均匀分布的介质，由于基体效应的存在影

9、响定量分析，需采用数据处理方法进行校正。3.2国内外研究现状X射线检测技术是研究内部物理结构的重要方法之一。X射线具有极强的穿透 能力，其图像灰度值与材料、厚度和内部结构密切相关，因此X射线作为无损检 测技术被广泛用于工业探伤、农产品检测、医学、航空航天、国防、造船和林业 等众多领域6。曾祥照等在“气瓶钢焊缝X射线实时成像检测研究”课题中，对焊缝缺陷的定 位、定量和定级通过计算机来完成，而定性则用人工方式来识别。课题组从对比 试验开始，逐渐了解气瓶钢焊缝缺陷的个性特征。试验挑选50个有各种缺陷的 钢瓶，分别对焊缝进行X射线照相和X射线实时成像检测。将在X射线照相底片 中得到的焊缝缺陷信息与X射

10、线实时成像检测图像对比，逐渐建立起图像评定人 员对缺陷图像识别的感性认识，再综合上升到理性认识7。统计结果表明：图 像与底片识别的相符率达90%以上。孙丽娜等对X射线探测违禁品的几种方法做 了总结，阐述了单能量法、双能量法、双视角、CT及散射法的探测原理及优缺 点，最后对安检技术的未来发展趋势进行了预测。Neethirajan等应用X射线图 像技术，检测小麦种子是否发芽，无损评价麦种品质。Haff等以圆形为分析对 象，提出了获取平滑农产品X射线图像的方法。Karunakaran等对X射线图像和 近红外光谱判别谷物虫害损伤的结果进行了比较，结果表明X射线图像适合检测 损伤存在与否，而近红外光谱适

11、合检测不同损伤的种类。3.3应用过程中要解决的关键问题及展望随着样品预处理方法和校正技术的发展，全反射X射线光谱技术逐步趋于痕量 和超痕量检测。首先，可直接用于水或酸溶液样品中多种元素的同时测定，通过 与其它分离方法结合，实现多元素的准确分析。其次，可用于粉末样品的分析， 如颜料、油漆以及空气中的颗粒物、环境分析以及考古研究等8。第三方面的 应用是进行金属损伤检测，然而，由于金属合金中金属的损伤差异较大，无法实 现重复采样，导致平行分析误差较大，需采用一定的样品预处理方法进行前处理。 全反射X射线光谱检测技术，一个重要的应用领域是进行表面分析，该技术的优 点是仅直接在很小的表面就可以进行分析，

12、而且不会损伤样品，样品不经预处理 直接测定检测限可达到pg级别，与在真空下离子色谱法测量的结果相当。4结论：无损光电检测技术可以在不破坏被测对象的前提下完成产品的检测任 务，因此已深入到日常生活的各个方面。然而无损光电检测技术也不能完全取代 破坏性试验，有时需要采用破坏性检测方法对无损检测的结果进行验证和对比。 在工农业生产中，可以根据检测对象和检测要求选择合适的无损光电检测技术， 才能有效达到检测目的，每种无损光电检测技术有其自身的优点和局限性，对检 测重要设备或高检测要求的场合，往往要求采用多种无损光电检测技术完成检测 任务，以发挥各自的优点，达到全面检测的目的。随着计算技术、信号处理技术

13、 和信号计量方法的不断发展，各种检测方法产生的多维谱图信息提取技术将会得 到进一步发展，从而为无损光电检测技术的应用提供了良好的软件支持。参考文献袁明辉，郭天太，光电检测技术的发展趋势及应用前景.科技风，2009年06 期.赵秋艳，无损检测技术的发展及应用.航天返回与遥感，1997年04期郭陪源等.光电检测技术与应用M.北京航空航天大学.2006.钟丽云.光电检测技术的发展与应用J.激光杂志.2000.刘燕德.无损光电检测技术原理及应用J.华东交通大学学报.2010.27:36-46.杜丽婷，刘松平.激光超声检测技术J.无损探伤.2011.35(5):1-4.杨立峰，王亚非.激光在超声检测中的应用J.激光与光电子学进 展.2006.43(2):29-32.孙丽娜，原培新.X射线安检设备中探测技术研究J.中国测试技术，2006, 32(3):20-23.光电子技术及应用大作业评分项目标准得分论文结构A.论文层次分明，内容组织有序：4050分；B.论文 层次一般，内容组织一般：3039分；C.论文层次不合 理，内容组织不