磁光成像检测技术及应用课件

磁光成像检测技术及其应用Magneto-opticimaging（MOI）,程玉华教授2015.12.14,1,PPT学习交流,第一部分无损检测概述第二部分MOI的发展现状第三部分MOI基本原理及构件第四部分仿真模型第五部分图像处理方法第六部分典型应用,目录CONTENTS,磁光成像技术,2,PPT学习交流,“切开看瓜”有损,第一部分无损检测概述,“隔皮猜瓜”无损,3,PPT学习交流,航空航天、武器核工业、电站造船、铁路石油化工、锅炉压力容器建筑、冶金机械制造等,第一部分无损检测概述,4,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,无损检测的方法和分类,目视检测VisualTesting（缩写VT）；超声检测UltrasonicTesting（缩写UT）；射线检测RadiographicTesting（缩写RT）；磁粉检测MagneticparticleTesting（缩写MT）；渗透检验PenetrantTesting（缩写PT）。,涡流检测EddycurrentTesting（缩写ET）；漏磁检测Magneticfluxleakagetesting（缩写MFL）；磁光成像检测Magneto-opticimaging（MOI）,一、常规无损检测方法,二、新型电磁无损检测方法,5,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,无损检测方法比较,6,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,7,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,缺陷信息特点：,检测信号微弱；信号耦合，情况复杂；电磁信号不可见,需求：,灵敏度高；信号解耦、成分分析、量化检测；可视化成像；,对比总结,8,PPT学习交流,第二部分MOI的发展现状,1993美国航空航天局,2006法国航空航天研究院的线性磁光成像仪,国外发展现状,9,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,第二部分MOI的发展现状,检测深度：3mm（铝材）,检测深度：3.125mm（铝材）,美国OI2公司的MOI308系列产品,10,PPT学习交流,第一部分无损检测概述,第二部分MOI的发展现状,国内发展现状,2007年四川大学周肇飞教授团队磁光成像平台装置图,本团队在光源、激励源和磁光传感器等改进后提出的磁光成像系统,11,PPT学习交流,第二部分MOI的发展现状,12,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,光源,激励源,起偏,检偏,成像,磁感应强度,被测对象,磁光传感器,磁芯,激励源,光源,应用示意图,3.1磁光成像技术应用原理,外磁场是如何改变光波的传输特性的？,13,PPT学习交流,法拉第效应克尔效应磁线振双拆射(科顿一穆顿效应和瓦格特效应)磁圆振二向色性磁线振二向色性塞曼效应磁激发光散射,3.2磁光效应,磁光效应是指具有固有磁矩的物质在外磁场的作用下电磁特性(如磁导率、磁化强度、磁畴结构等)会发生变化，使光波在其内部的传输特性(如偏振状态、光强、相位、传输方向等)也随之发生变化的现象。,第三部分MOI基本原理及构件,14,PPT学习交流,3.2.1自然旋光效应,1811年,阿喇果(Arago)在研究石英晶体的双折射特性时发现：一束线偏振光沿石英晶体的光轴方向传播时，其振动平面会相对原方向转过一个角度，如右所示。由于石英晶体是单轴晶体，光沿着光轴方向传播不会发生双折射，因而阿喇果发现的现象应属另外一种新现象，这就是旋光现象。,一定波长的线偏振光通过旋光介质时，光振动方向转过的角度与在该介质中通过的距离l成正比:,表征了该介质的旋光本领，称为旋光率，它与光波长、介质的性质及温度有关。,第三部分MOI基本原理及构件,15,PPT学习交流,1846年，法拉第发现，在磁场的作用下，本来不具有旋光性的介质也产生了旋光性，能够使线偏振光的振动面发生旋转，这就是法拉第效应。,3.2.2法拉第效应,为法拉第效应旋光角为介质的厚度；B为平行与光传播方向的磁感强度分量；V称为费尔德(Verdet)常数,第三部分MOI基本原理及构件,16,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,3.3MOI系统构件,构件介绍与选择,3.3.4.磁光传感器,3.3.1.光源选择,3.3.2.光路设计,3.3.3.激励方式,17,PPT学习交流,3.3.1.光源选择,第三部分MOI基本原理及构件,对光源的需求：高方向性：利于传播，传输距离远。高单色性：利于法拉第效应旋转角度的量化和成像对比度。高亮度：经光路的衰减后，利于成像亮度。相干性好：输出稳定性高。,18,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,3.3.1.光源选择,一般光源（LED等）,激光光源,光源,半导体激光器,固体激光器,气体激光器,液体(燃料)激光器,优势体现在体积小，机械强度好，操作方便，但激光的效率和频率输出的稳定性不高,优点是能连续工作，工作越长激光的稳定性越好，单色性、相干性都非常好，而且价格低廉，操作简单，缺点是功率比较低，且功率固定,优点是体积小、重量轻，方向性、相干性较好，输出光源的功率可调，价格昂贵,输出波长可调，冷却简单，均匀性好，发散角较小，缺点是输出激光的稳定性差，不能长时间在高脉冲频率下工作。,激光单色性好，可避免不同波长偏转角度不一致造成的图像模糊，提高图像清晰度,19,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,3.3.1.光源选择,光源波长选择,实验所用磁光传感器：0.5mm的钆镓石榴石中加入3um的铋掺杂铁石榴石,可见光谱：波长越小，光强传输比越低，而法拉第旋转角越大；波长越大，光强传输比越高，而法拉第旋转角越小；,20,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,3.3.1.光源选择,光强传输比高,法拉第旋转角大,灵敏度越高成像效果越好,光源波长的最佳方案,21,PPT学习交流,第三部分MOI基本原理及构件,3.3.1.光源选择,由法拉第效应可知，不同介质的费尔德常数不同，因此在同一条件下，旋转同样角度所对应的最佳光源波长也不同。,实验室选用的磁光薄膜材料（Bi：YIG石榴石，主成分为：Y2.3Bi0.7Fe5O12；厚度：0.5mm；）与上述实验的有所不同。实验室选用了波长为632.8nm的光源，且该波长属于可见光波段。半导体激光器和气体激光器中的氦氖激光器均满足要求，经下表对比，选用了气体氦氖激光器,波长：632.8nm；光斑直径：0.8mm；发散角：L；左旋晶体中，左旋圆偏振光的传播速度较快，LR。,假设入射到旋光介质上的光是沿水平方向振动的线偏振光，按照归一化琼斯矩阵方法，可以把菲涅耳假设表示为,60,PPT学习交流,x方向振动的线偏振光、振动方向与x轴成角的线偏振光、左旋圆偏振光、右旋圆偏振光的标准归一化琼斯矢量形式分别为：,如果右旋和左旋圆偏振光通过厚度为l的旋光介质后,相位滞后分别为,61,PPT学习交流,则其合成波的琼斯矢量为,引入,合成波的琼斯矢量可以写为,它代表了光振动方向与水平方向成角的线偏振光。,62,PPT学习交流,入射的线偏振光光矢量通过旋光介质后，转过了角:,x方向振动的线偏振光,振动方向与x轴成角的线偏振光,由(1)式和(2)式可以得到,63,PPT学习交流,(4)式还指出，旋转角度与l成正比,与波长有关，这些都是与实验相符的。,菲涅耳的解释只是唯象理论