彭 鹏

（重庆信科设计有限公司，401121）

无线通信的激光超声测量系统研究

彭 鹏

（重庆信科设计有限公司，401121）

随着科技的迅速发展，无线通信技术成为了人类通信的关键技术，并且无线通信技术当前遍及很多领域，成为人们生活不可缺少的运用技术。而激光超声测量系统是目前无线通信研究当中的重要技术，应用在各个科学范围领域，激光超声测量系统主要针对通信技术当中的缺陷而进行技术更新，更改以往有线通信当中产生的延迟、衰减等问题，为人类提供更好的通信服务系统。

无线通信；激光超声；测量系统

当前有线通信系统的激光超声测量系统不能够实现远距离通信传输，在传输的过程中很容易受到一定的干扰，导致传输信号出现一定的延时或错码现象。为了解决有线通信技术当中的问题，技术人员将无线通信技术中的激光测量技术进行了分析设计，设计出一种有效的测量系统进行无线通信。激光超声测量技术是对传统超声测量技术的一大发展，激光超声测量技术是利用了高能量的激光脉冲来检测超声，能够在远距离、高温下或具有腐蚀性条件下使用，解决了传统超声测量技术不能解决的问题。

1 激光超声测量系统的工作原理

激光超声是一种非接触，高精度，无损伤的新型超声检测技术。它利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波，并用激光束探测超声波的传播，从而获取工件信息，比如工件厚度、内部及表面缺陷，材料参数等等。该技术结合了超声检测的高精度和光学检测非接触的优点，具有高灵敏度，高检测带宽的优点。激光超声测量系统是利用激光入射到材料中所产生的超声波，这些超声波的传播方式不同，在传播时会呈现横波、纵波以及物体的表面波，影响这些波形的主要因素有材料的吸收程度、导热性、光滑度以及激光的传播效率等，通过改变这些因素，能够控制激光超声测量系统，使无线通信顺利连接。

当激光超声测量系统中的激光能量聚焦照射到弹性材料表面时，部分会转移到材料本身并以热能和应力波动能的形式表现出来，因此，通过改变激发的几何形状就可控制能量在材料中的分布以及对材料的影响。激光超声就是利用高能激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，通过热弹效应在固体表面产生应变和应力场，使粒子产生波动，进而在物体内部产生超声波。根据入射到物体表面激光能量的不同，激光脉冲在物体表面产生的这种热效应可分为“热弹效应”与“热蚀效应”。“热弹效应”及在较低的吸收率下，表面吸收的热量不超过其融化温度，产生的是短时膨胀过程，与该膨胀相关的应力波绝大部分在弹性范围内。“热蚀效应”及在高能作用下，物体的温度升高，超过了其蒸发温度，产生烧蚀现象，使材料表面气化而形成等离子体，于是有一垂直表面的反作用力作用在表面，形成弹性波源。在热弹性区，激光产生的应力波的大小与吸收光的能量呈正比，对于均匀能量分布，可用一维模型描述激光束在材料表面产生的应力，其在材料表面产生的应力、应变与材料表面吸收的激光能量呈正比。

2 激光超声技术的特性探讨

2.1 激光超声技术的特性

激光超声测量系统具有非接触性、宽带性、高分辨率、信息高保真等特点。激光超声源能同时激发横波、纵波和表面波，与传统的超声检测相比，激光超声技术具有以下几个优点：

(1)远程通信。激光超声技术是通过激光对所产生的超声波进行探测和传送，所以，即使在远距离的情况下，也能很容易实现信号的发送与接受，有利于通信系统的完善。

(2)无须耦合。传统的超声波检测技术需要用到耦合剂来形成耦合层，当耦合层发生变动时会严重影响通信质量，而激光超声技术不需要进行耦合，就能顺畅的完成无线通信。

(3)减少延迟。在以往的超声衍射当中，存在着检测技术的缺陷，不能及时找到相应的衍射超声波脉冲，而使用激光超声技术，能够很容易获得与激光脉冲等宽的超声波脉冲，使得通信当中避免了延迟。

(4)降低干扰。在通信系统当中，干扰是影响通信质量的重要因素，在以往的通信技术下，信息场极易受到外界信息信号的干扰，导致通信的模糊或中断，而采用激光超声测量系统通信技术，能够使用优质的激光超声技术减少信号的干扰，将通信信号及时传送接受，避免不必要的信号干扰。

(5)耐高温高压等特殊环境。激光超声测量系统可以将激光束通过玻璃口导入，同时能够在恶劣条件下正常进行超声检测，保证正常的通信。

(6)分辨率高。在激光超声测量系统中，所采用的探测激光束能够聚成很小的点，方便探测微小的空间，达到高分辨率的效果。

2.2 激光超声技术存在的弊端

(1)尽管激光超声薄的振幅与宽带压电换能器所发出的振幅相当，但激光干涉仪的接收灵敏度比传统的超声波系统差许多，在超声频率范围内，传统的压电传感器的探测极限为0.01pm到1pm，而在理想条件下，激光超声技术的最小可测位移在100pm左右，所以激光超声技术缺乏灵敏度。

(2)激光超声测试系统的体积庞大，检测系统复杂，相对与传统测量系统的造价也比较高。

(3)激光超声技术采用的是高能激光，因此，在工作场地必须建立完善的激光防护措施。

3 激光超声测量系统的设计

3.1 硬件设计

激光超声测量系统包括超声激励和检测两部分，且激光超声激励的检测方法分为三种：第一种是激光激励激光接收的方式，该方式利用激光脉冲与对象所产生的超声波，采用光学接收器接受测量材料中的超声波。第二种是激光激励超声接收方式，该方式利用激光发出的激光脉冲所产生的超声波，通过压电超声换能器转换为接收器所能够接收的检测信号。第三种是超声发射激光接收方式，该方式利用压电超声转换器所产生的超声波对信号发出的超声进行检测，通过激光干涉的方法接收所检测的有用信号。

3.2 软件设计

激光超声测量系统是由计算机、数据模块、无线通信模块以及激光超声激励检测子系统组成，形成的点对点通信的无线传输。当进行通信时，计算机与通信终端采用的是相同的载波频段，当系统发出通信邀请通知时，收发器应答，并及时与主发器进行连接，发出信息地址，当数据模块将采集信息放大后，进行模数转换，将信息转换成数字形式传输给无线收发系统，进行通信，最后在通信终端利用单片机储存器将数据进行还原，通过数模转换将信息呈现出来。

单片机的主程序能够实现采集数据、模数转换、数模转换以及数据的传送，保证设备能够顺利完成无线数据发送与接收。

4 结论

随着现代科技的飞速发展，无线通信技术成为了人类生活当中通信必备的技术，在新型的科技发展下，无线通信的激光超声测量系统成为新型的通信技术，解决了以往有线通信技术当中的不足，保证了通信的准确性。无线通信的激光超声测量系统既保留了激光超声测量技术的优点，又解决了有线通信技术信号差的缺点，保证了远程通信的可靠性。

[1] 曾宪林,徐良法.激光超声技术及其在无损检测中的应用[J].激光与红外,2012,(4):32.

[2] 杜丽婷,刘松平,谢凯文.激光超声激励技术研究[J].无损检测,2013,(1):286 - 287.

[3] 陈晓.基于无线通信的激光超声测量系统[J].光学学报,2014,(1):29.

彭鹏，男，（1982-），籍贯：重庆，职务：技术副总监，职称：通信工程师，学位：工学学士，工程硕士，研究方向：通信工程勘测设计

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