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硕士报考志愿采集    更新日期：2024年2月26日
姓 名 倪辰荫 性 别 男
出生年月 1982年11月 籍贯 苏州市
民 族 汉族 政治面貌 中国共产党党员
最后学历 博士研究生 最后学位
技术职称 副教授 导师类别 硕士生导师
导师类型 校内 兼职导师 否
行政职务 Email chenyin.ni@njust.edu.cn
工作单位 物理学院 邮政编码
通讯地址 江苏省南京市玄武区孝陵卫200号
单位电话
个人主页
指导学科
学科专业(主) 0803|光学工程 招生类别 硕士 所在学院 物理学院
研究方向

我主要从事激光超声无损检测理论与技术方面的研究。

以下是激光超声及其在无损检测领域应用的一些介绍。

脉冲激光或调制激光辐照固体、液体或气体，由于热弹效应或融蚀效应产生的超声波称为激光超声。激光超声的研究涉及激光激发超声的机理、方法和技术，超声在媒质中的传播特性，超声的光学接收原理、技术以及激光超声的应用原理和方法等内容，涉及光学、声学、电学、材料学等诸多交叉学科和技术。固体中的激光超声由于具有非接触、无需耦合剂、多模式同时激发、高频宽带等特点，成为近年来无损检测领域的一个发展新方向。

New Techniques and Applications for Laser Ultrasonic Testing

激光超声原理

激光超声技术的主要应用之一是材料性质表征。材料的几何性质（比如厚度，密度等）、微结构性质（比如晶粒尺寸、各向异性等）、力学性质（比如弹性模量等）的表征，还有表面性质和界面结合强度的检测，甚至热力学过程的监测等等，均可通过激光超声技术实现。这些性质表征所对应的一个最简单也是用途最多的测量问题是测量超声脉冲的飞行时间。若材料内传播的超声声速已知，可根据超声在材料内的传播时间得到材料厚度等几何尺寸。反之，若已知材料的几何尺寸，则可测量声速，从而进一步推导出材料的弹性模量和密度等参数。除此之外，测量声速的变化还可推导残余应力、监测内部温度变化等，在各向异性材料中，测量不同方向的声速可以得到组织结构的各向异性等等。这些问题的核心在于超声脉冲飞行时间的精确测量，而这正是激光超声的一大优势。除飞行时间外，利用超声进行材料性质表征的另一个常用测量参数是超声的衰减。频率相关的超声衰减是与材料的微结构特征，如晶粒边界、位错等引起的散射联系在一起的，因此从频率相关的超声衰减可以了解材料的微结构特征。由于激光激发的一大特征就是宽带激发，激光激发出的宽带超声波脉冲可以覆盖整个感兴趣的频率范围，因此更加适用于频率相关的超声衰减测量。

        

激光超声厚度检测                                                       激光超声弹性性质表征

激光超声表面残余应力检测

激光超声技术的另一个重要应用领域是对裂纹、脱粘等缺陷的检测。利用激光作为超声激发/探测源来探测缺陷，在具备超声波法无损、可测任意深度的缺陷分布的优点以外，还可发挥激光易扫描、空间分辨率高、远距离激发及接收等优点。裂纹是固体材料中一类常见的缺陷，其出现和扩展会使工件的机械性能明显变差并最终造成工件的断裂。因此，裂纹的无损检测一直是科研和工业领域的研究重点之一。激光超声技术因其独特的优势，近年来逐渐成为裂纹无损检测领域的研究热点。概括地说，激光超声技术在裂纹检测领域的进展大致可分为三个阶段：

第一阶段是使用激光源代替传统的换能器作为超声的激发源，在裂纹的远场（几个超声波波长之外的区域）进行超声的激发，然后通过检测超声波脉冲和裂纹相互作用后的反射、透射或散射波来识别裂纹，包括投捕法(Pitch-Catch)、脉冲回波法(Pulse-Echo)等。

激光超声脉冲回波缺陷检测技术

第二阶段是激发和探测激光源以灵活多样的方式在样品表面实现扫查，通过观测激发光/探测光与裂纹相互作用后引起的超声信号在时延、幅值、频率上的变化来识别，包括时间飞行散射法(Time Of Flight Diffraction Technique，TOFD)、扫描激光源法(Scanning Laser Source，SLS)和双光源法(Dual-laser-source Technique)等。

激光超声TOFD缺陷检测技术

第三阶段的研究重点是实际裂纹在施加载荷时产生的闭合以及由此引起的各种现象，如和频、倍频和差频的激发、对Rayleigh波的参数调制、调制转移、类噪声非线性声波信号的激发以及非线性的声弹效应等，利用这些现象可对开口很小的表面裂纹实现高灵敏度检测。

非线性光声裂纹成像
学科专业（辅） 0809|电子科学与技术 招生类别 硕士 所在学院 微电子学院（集成电路学院）
研究方向
工作经历

2014-至今：南京理工大学 电光学院 副教授

2012-2013：法国科学研究中心 Research Fellow

2011-2012：法国勒芒大学 Research Fellow

2011-2013：南京航空航天大学 博士后

教育经历

2005-2011：南京理工大学 理学院 光学工程 硕博连读

2001-2005：南京理工大学 电光学院 电子科学与技术 本科

 

获奖、荣誉称号

无

社会、学会及学术兼职

学会及学术兼职：

光电材料及产品领域委员会光电检测标准化技术委员会委员；

江苏省仪表学会无损检测仪器专委会委员。

任Structural Health Monitoring、Journal of Optics and Laser Technology, NDT&E Int., Ultrasonics、中国激光、光学学报等多个国内外学术期刊审稿人。

 

 

科研项目

国家自然科学基金项目3项:

面上项目，61975080，激光在非对称双层板中激发的线性和非线性零群速度Lamb波的研究，2020.1.1-2023.12.31，67.8万元，在研，参与；

青年基金项目，61405093，光热调制真实微裂纹的非线性激光超声检测机理及应用研究，2015.1.1-2017.12.31，25万元，结题，主持；

面上项目，11274175，楔波理论及其光学测试，2013/01-2016/12 , 88万元，结题，参与；

江苏省自然科学基金1项

青年基金项目，BK20140771，真实微裂纹的非线性激光超声检测机理及应用研究，2014.7-2017.6，20万元，结题，主持。

其他科技项目2项

省部级激光超声缺陷检测项目，2019-2020，250万元，结题，主持；

省部级激光超声无损检测项目，2017-2020，50万元，结题，主持。

发表论文

近五年发表文章：

  1. Chen-Yin NI, Chu CHEN, Kai-Ning YING, Lu-Nan DAI, Ling YUAN, Zhong-Hua SHEN, Wei-Wei KAN. Non-destructive laser-ultrasonic Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) for 3D visualization of defects. Photoacoustics, 22: 100248 (2021);
  2. (co-1st) Chen-Yin NI, Meng-Meng LI, Zhong-Hua SHEN, Vitalyi Gusev and Alexey Lomonosov, Nonlinear phenomenon in laser-induced ?nite-amplitude acoustic waves propagating along the cracks. Journal of Applied Physics, 129: 124901 (2021);
  3. 陈楚，应恺宁，刘念，戴鹭南，阚威威，倪辰荫. 相移迁移法在激光超声合成孔径聚焦技术中的应用. 中国激光 48(3): 0304001 （2021，EI收录）;
  4. Chen-Yin NI, Jin-Chao LV, Yue-Ying ZHANG, Hai-Yan HE, Xi-Feng XIA, Zhong-Hua SHEN & Vitalyi GUSEV. Laser ultrasonic monitoring of reversible/irreversible modification of a real crack under photothermal loading. Structural Health Monitoring, 1475921720915164 (2020);
  5. 张月影, 倪辰荫, and 沈中华. 光热调制裂纹闭合可逆/不可逆变化的激光超声监测. 中国激光 47.12 (2020): 1204006.
  6. (co-1st) Li, Mengmeng, Alexey M. Lomonosov, Zhonghua Shen, Hogeon Seo, Kyung-Young Jhang, Vitalyi E. Gusev, and Chenyin Ni. Monitoring of Thermal Aging of Aluminum Alloy via Nonlinear Propagation of Acoustic Pulses Generated and Detected by Lasers. Applied Sciences 9(6): 1191 (2019);
  7. (co-1st) Qingnan Xie, Chenyin Ni, Zhonghua Shen#*. Defects Detection and Localization in Underwater Plates Using Laser Laterally Generated Pure Non-Dispersive S0 Mode, Appl. Sci., 2019, 9(3): 459;
  8. 尤博文，倪辰荫*，沈中华，光热调制裂纹闭合的激光超声实时监测，中国激光，2019，46（2）：0204009（封面文章，优秀论文）;
  9. 郑杰, 沈中华, and 倪辰荫. 模拟裂纹闭合的激光超声实验研究. 光学学报 39.12 (2019): 1212003;
  10. Zheng Li, Alexey Lomonosov, Chenyin Ni, Bin Han, Zhonghua Shen*. Selective generation of Lamb modes by moving CW laser, Opt. Lett., 2018, 43(1):78-81;
  11. 李俊燕，沈中华，倪晓武，袁玲，倪辰荫*，基于合成孔径聚焦技术的激光超声无损检测方法研究，中国激光，2018，45（9）：904003;
  12. Zheng Li, Shiling Yan, Qingnan Xie, Chenyin Ni, Zhonghua Shen*. Scanning high-power continuous-wave laser-generated bulk acoustic waves, Appl. Optic., 2017, 56(15): 4290-4296;
  13. Vitalyi E. Gusev, Alexey M. Lomonosov, Chenyin Ni, and Zhonghua Shen. Self-action of propagating and standing Lamb waves in the plates exhibiting hysteretic nonlinearity: Nonlinear zero-group velocity modes, Ultrasonics, 80: 34-46 (2017);
  14. 张丁凯，倪辰荫*，全光学非线性混频技术用于微裂纹检测的实验研究，南京大学学报(自然科学)，2017，53（1）：81~91;
  15. 吕锦超，沈中华，Vitalyi Gusev，倪辰荫*，光致裂纹闭合及改变的激光超声监测，无损检测，2017，39（6）：19~23;

出版专著和教材

参与撰写了国内首部激光超声相关的教材《固体中的激光超声》。

科研创新
  1. 倪辰荫，阿雷克塞·罗莫诺索夫，应恺宁，钱嘉树，王曦彬，王昕悦，沈中华， 固体材料粗糙表面声扰动的光学非接触检测装置及方法，专利号：ZL201711146119.X
  2. 沈中华，孙凯华，倪辰荫，倪晓武，徐志洪，一种材料内部缺陷的全光学激光超声测定方法，专利号：ZL 2014100679830；
  3. 沈中华，倪辰荫，董利明，李加，倪晓武，固体材料表面疲劳裂纹的无损检测方法，专利号：ZL 201110185407.2；
  4. 倪晓武，倪辰荫，沈中华，董利明，阿雷克塞.罗莫诺索夫，固体材料非均匀性质的无损检测方法，专利号：ZL 2010101916801；
教学活动

本科课程 固体物理 微电子科学与工程专业必修课 2.5学分

本科课程 光通信系统漫谈 公共选修课 2学分

硕士课程 生物医学仪器 2学分

硕士课程 光声光热检测技术 2学分

指导学生情况

2022年度指导硕士研究生9人，联合指导博士研究生3人。

指导本科毕业设计2项：

材料内部缺陷的频域激光合成孔径聚焦技术研究；

集成电路芯片的激光超声无损检测机理及技术研究。

开放性实验：表面扰动的光偏转探测技术研究。

我的团队

研究团队是国内最早从事激光超声无损检测的团队之一，有教授一人，副教授四人，硕士、博士研究生逾二十人。研究团队所在的南京理工大学光学工程系国家重点学科，得到主管部委和学校的重点支持。团队在激光超声应用于纳米材料、复合材料、薄膜等的力学性质表征、缺陷无损检测、残余应力的测试等方面积累了很好的研究基础。在这些研究的基础上，研究团队形成了“深度缺陷的激光超声检测系统”、“非线性激光超声裂纹检测装置”、“高温材料激光超声测厚装置”和“适用于粗糙表面的光偏转探测装置”等多套激光超声测试设备和装置。目前研究团队已在该方向完成国家自然科学基金项目5项和江苏省自然科学基金3项，发表SCI收录论文近百篇，近五年授权公开发明专利5项，2015年12月出版国内第一本激光超声领域的专著《固体中的激光超声》。

研究团队目前致力于激光超声缺陷检测理论和技术的研究。在激光超声成像理论和技术研究方面，研究团队初步进行了时域激光超声合成孔径聚焦理论及技术的研究，形成了针对固定探测点，移动激发点检测方式的算法，并对钢样品中的横穿孔实现了检测，相关结果已发表于中国激光45(9):0904003（2018）；在频域激光超声SAFT方面，初步形成了基于等效速度与材料深度线性对应，以及频率选择的成像优化方法，实现了铝样品中直径为0.5毫米横穿孔成像图。相关成果已发表于Photoacoustics 22:100248(2021)和 中国激光48(3): 0304001（2021）。此外，研究团队还初步完成了基于时域延时叠加的激光超声合成孔径聚焦理论研究及双层介质中缺陷的激光超声成像研究，搭建了激光超声合成孔径聚焦成像实验装置，并初步在多种单层/双层材料上实现了内部的平底孔、底面切槽、横穿孔等缺陷的检测。

 

快速激光超声三维成像优化研究方面，项目研究团队前期已对同一组数据使用多种方法进行了计算。在计算环境、使用数据完全相同的前提下，使用多种方法计算时间如下表所示：

计算方式

MATLAB计算

多核计算

GPU加速

MATLAB+FORTRAN

计算时间

约8000秒

约2000秒

约1200秒

约200 秒

计算效率提升

-

约3倍

约5.6倍

约39倍

结果显示，和单一使用MATLAB单核运算相比，使用MATLAB+FORTRAN混编的技术可获得最多39倍加速。

在激光超声探测技术方面，研究团队基于多种激光超声探测理论，形成了多种适合于粗糙表面的激光超声检测技术，如基于数字微镜阵列的光偏转技术，光纤式光偏转探测技术等，并利用这些技术实现了声表面探测和声表面波动态成像。相关成果已申请国家发明专利（申请号201711146119.X，202010678241.7）。

另外，在其他激光超声缺陷检测理论和技术方面，研究团队也进行了大量研究工作：

（1）使用激光超声方法监测了光热载荷下非晶材料中微裂纹的可逆/不可逆改变，总结了光热调制裂纹闭合引起的裂纹壁形貌改变的规律，建立了相应的定性模型（Structural Health Monitoring，1475921720915164（2020））；

 

（2）使用激光超声方法对真实微裂纹的闭合响应及裂纹闭合引起的裂纹二维区域内塑性/弹性微观变化进行研究，特别是通过分析各模态超声波在裂纹不同闭合状态下的峰峰值、到达时间变化获得了裂纹闭合的相关信息（中国激光47（12）：1204006（2020））；

（3）基于激光超声方法，对裂纹在加热光辐照及自然冷却条件下的透射超声信号进行了实时监测，在不同功率加热光辐照下,获得了裂纹壁上的突起在裂纹受加热光辐照闭合时的三种典型的变化过程,并讨论了成因（中国激光46（2）:0204009（2019），封面文章）；

 

（4）采用激光超声技术，对由一黑玻璃平面与一平凸透镜接触构成的模拟裂纹进行了研究，通过改变两者之间的距离模拟真实裂纹在载荷施加时的闭合过程并总结得到了相关规律（光学学报39（12）：1212003（2019））。

此外，研究团队还已初步实现了采用加约束和吸收的方法激发非线性激光超声波，并用于微裂纹检测，发现了纵波声波在微裂纹的不同区域在不同激发功率下发生的振幅相关变化（Journal of Applied Physics）。