無線通信的激光超聲測量系統研究

彭 鵬

（重慶信科設計有限公司，401121）

無線通信的激光超聲測量系統研究

彭 鵬

（重慶信科設計有限公司，401121）

隨著科技的迅速發展，無線通信技術成為了人類通信的關鍵技術，并且無線通信技術當前遍及很多領域，成為人們生活不可缺少的運用技術。而激光超聲測量系統是目前無線通信研究當中的重要技術，應用在各個科學范圍領域，激光超聲測量系統主要針對通信技術當中的缺陷而進行技術更新，更改以往有線通信當中產生的延遲、衰減等問題，為人類提供更好的通信服務系統。

無線通信；激光超聲；測量系統

當前有線通信系統的激光超聲測量系統不能夠實現遠距離通信傳輸，在傳輸的過程中很容易受到一定的干擾，導致傳輸信號出現一定的延時或錯碼現象。為了解決有線通信技術當中的問題，技術人員將無線通信技術中的激光測量技術進行了分析設計，設計出一種有效的測量系統進行無線通信。激光超聲測量技術是對傳統超聲測量技術的一大發展，激光超聲測量技術是利用了高能量的激光脈沖來檢測超聲，能夠在遠距離、高溫下或具有腐蝕性條件下使用，解決了傳統超聲測量技術不能解決的問題。

1 激光超聲測量系統的工作原理

激光超聲是一種非接觸，高精度，無損傷的新型超聲檢測技術。它利用激光脈沖在被檢測工件中激發超聲波，并用激光束探測超聲波的傳播，從而獲取工件信息，比如工件厚度、內部及表面缺陷，材料參數等等。該技術結合了超聲檢測的高精度和光學檢測非接觸的優點，具有高靈敏度，高檢測帶寬的優點。激光超聲測量系統是利用激光入射到材料中所產生的超聲波，這些超聲波的傳播方式不同，在傳播時會呈現橫波、縱波以及物體的表面波，影響這些波形的主要因素有材料的吸收程度、導熱性、光滑度以及激光的傳播效率等，通過改變這些因素，能夠控制激光超聲測量系統，使無線通信順利連接。

當激光超聲測量系統中的激光能量聚焦照射到彈性材料表面時，部分會轉移到材料本身并以熱能和應力波動能的形式表現出來，因此，通過改變激發的幾何形狀就可控制能量在材料中的分布以及對材料的影響。激光超聲就是利用高能激光脈沖與物質表面的瞬時熱作用，通過熱彈效應在固體表面產生應變和應力場，使粒子產生波動，進而在物體內部產生超聲波。根據入射到物體表面激光能量的不同，激光脈沖在物體表面產生的這種熱效應可分為“熱彈效應”與“熱蝕效應”。“熱彈效應”及在較低的吸收率下，表面吸收的熱量不超過其融化溫度，產生的是短時膨脹過程，與該膨脹相關的應力波絕大部分在彈性范圍內。“熱蝕效應”及在高能作用下，物體的溫度升高，超過了其蒸發溫度，產生燒蝕現象，使材料表面氣化而形成等離子體，于是有一垂直表面的反作用力作用在表面，形成彈性波源。在熱彈性區，激光產生的應力波的大小與吸收光的能量呈正比，對于均勻能量分布，可用一維模型描述激光束在材料表面產生的應力，其在材料表面產生的應力、應變與材料表面吸收的激光能量呈正比。

2 激光超聲技術的特性探討

2.1 激光超聲技術的特性

激光超聲測量系統具有非接觸性、寬帶性、高分辨率、信息高保真等特點。激光超聲源能同時激發橫波、縱波和表面波，與傳統的超聲檢測相比，激光超聲技術具有以下幾個優點：

(1)遠程通信。激光超聲技術是通過激光對所產生的超聲波進行探測和傳送，所以，即使在遠距離的情況下，也能很容易實現信號的發送與接受，有利于通信系統的完善。

(2)無須耦合。傳統的超聲波檢測技術需要用到耦合劑來形成耦合層，當耦合層發生變動時會嚴重影響通信質量，而激光超聲技術不需要進行耦合，就能順暢的完成無線通信。

(3)減少延遲。在以往的超聲衍射當中，存在著檢測技術的缺陷，不能及時找到相應的衍射超聲波脈沖，而使用激光超聲技術，能夠很容易獲得與激光脈沖等寬的超聲波脈沖，使得通信當中避免了延遲。

(4)降低干擾。在通信系統當中，干擾是影響通信質量的重要因素，在以往的通信技術下，信息場極易受到外界信息信號的干擾，導致通信的模糊或中斷，而采用激光超聲測量系統通信技術，能夠使用優質的激光超聲技術減少信號的干擾，將通信信號及時傳送接受，避免不必要的信號干擾。

(5)耐高溫高壓等特殊環境。激光超聲測量系統可以將激光束通過玻璃口導入，同時能夠在惡劣條件下正常進行超聲檢測，保證正常的通信。

(6)分辨率高。在激光超聲測量系統中，所采用的探測激光束能夠聚成很小的點，方便探測微小的空間，達到高分辨率的效果。

2.2 激光超聲技術存在的弊端

(1)盡管激光超聲薄的振幅與寬帶壓電換能器所發出的振幅相當，但激光干涉儀的接收靈敏度比傳統的超聲波系統差許多，在超聲頻率范圍內，傳統的壓電傳感器的探測極限為0.01pm到1pm，而在理想條件下，激光超聲技術的最小可測位移在100pm左右，所以激光超聲技術缺乏靈敏度。

(2)激光超聲測試系統的體積龐大，檢測系統復雜，相對與傳統測量系統的造價也比較高。

(3)激光超聲技術采用的是高能激光，因此，在工作場地必須建立完善的激光防護措施。

3 激光超聲測量系統的設計

3.1 硬件設計

激光超聲測量系統包括超聲激勵和檢測兩部分，且激光超聲激勵的檢測方法分為三種：第一種是激光激勵激光接收的方式，該方式利用激光脈沖與對象所產生的超聲波，采用光學接收器接受測量材料中的超聲波。第二種是激光激勵超聲接收方式，該方式利用激光發出的激光脈沖所產生的超聲波，通過壓電超聲換能器轉換為接收器所能夠接收的檢測信號。第三種是超聲發射激光接收方式，該方式利用壓電超聲轉換器所產生的超聲波對信號發出的超聲進行檢測，通過激光干涉的方法接收所檢測的有用信號。

3.2 軟件設計

激光超聲測量系統是由計算機、數據模塊、無線通信模塊以及激光超聲激勵檢測子系統組成，形成的點對點通信的無線傳輸。當進行通信時，計算機與通信終端采用的是相同的載波頻段，當系統發出通信邀請通知時，收發器應答，并及時與主發器進行連接，發出信息地址，當數據模塊將采集信息放大后，進行模數轉換，將信息轉換成數字形式傳輸給無線收發系統，進行通信，最后在通信終端利用單片機儲存器將數據進行還原，通過數模轉換將信息呈現出來。

單片機的主程序能夠實現采集數據、模數轉換、數模轉換以及數據的傳送，保證設備能夠順利完成無線數據發送與接收。

4 結論

隨著現代科技的飛速發展，無線通信技術成為了人類生活當中通信必備的技術，在新型的科技發展下，無線通信的激光超聲測量系統成為新型的通信技術，解決了以往有線通信技術當中的不足，保證了通信的準確性。無線通信的激光超聲測量系統既保留了激光超聲測量技術的優點，又解決了有線通信技術信號差的缺點，保證了遠程通信的可靠性。

[1] 曾憲林,徐良法.激光超聲技術及其在無損檢測中的應用[J].激光與紅外,2012,(4):32.

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[3] 陳曉.基于無線通信的激光超聲測量系統[J].光學學報,2014,(1):29.

彭鵬，男，（1982-），籍貫：重慶，職務：技術副總監，職稱：通信工程師，學位：工學學士，工程碩士，研究方向：通信工程勘測設計

Study on laser ultrasonic measurement system for wireless communication

Peng Peng
（Chongqing scinfo Design Co. Ltd ，401121)

With the rapid development of science and technology,wireless communication technology become the key technology of human communication,and wireless communication technology current throughout many areas,become indispensable to the life of the use of technology.Laser ultrasonic measurement system is currently an important technology in wireless communication research,application in various scientific fields,laser ultrasonic measurement system the main communication technologies for the defects and updated technology,change the previous wired communication caused by the problem of delay, attenuation,provide better communication service system for human beings.

wireless communication;laser ultrasonic;measuring system