CN102735614A - 多路并行激光超声检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光超声检测装置，属于激光超声检测技术领域。该装置包括检测激光光源，前分光结构，采集结构，双折变晶体，偏振片，探测器，二分之一波片，前偏振分光棱镜，声光调制器，后偏振分光棱镜，后分光结构，被检测件，激光超声激励源，扩束结构，双向可调光阑，聚焦镜。本发明的装置能够针对大范围进行激光超声检测，并且激光超声检测速度可以大幅提高；采用线状超声激励源进行激励，使得各个监测点的超声场分布相同，解决了采用圆形激光光斑激励超声时各个采集点超声强度不一致的问题；本发明的装置扫面速度快，检测效率高，实用性强。

Description

多路并行激光超声检测系统

技术领域

本发明涉及一种新型激光超声检测装置，特别是涉及一种多路并行激光超声检测的系统，属于激光超声检测技术领域。

背景技术

激光超声检测技术是利用激光来激发和检测超声的无损检测技术，与传统的压电超声技术相比，激光超声检测技术具有非接触、宽带以及点发射接收等优点。因此它在材料表征、缺陷检测、加工过程监测，以及复杂形貌的工件或高温、高压、腐蚀、辐射等特殊环境下设备的检测或监测中得以应用。

激光超声检测系统包括激光超声激励系统和检测系统。激光超声激励系统通过激光与被测材料直接作用，经过热弹效应或融蚀作用激发出以激光照射点为源的超声波。检测系统有多种方式，从理论上说凡是能检测振动的方法均可用于检测超声波，但受频率响应、分辨率、灵敏度、对被测表面和使用环境要求等的局限，常用的方法有压电换能器(PZT)检测法和光学检测法。压电换能器检测法使用时要用耦合剂，对样品表面也有比较严格的要求。干涉法检测是将试样表面直接用作迈克尔逊干涉仪测量臂中的反射镜，聚焦的激光束照射到试样表面，从表面反射光与由光源分离出的参考光束发生干涉，使光束发生频移，由检测器检测出频移，从而测量试样振动位移。申请号为200780101871.0的激光超声无损检视装置，将激光汇聚到材料上面后，通过折叠行进，来实现对大面积的扫描检测。申请号为US2003/0172736 A1的美国专利，介绍了一种采用光纤结构的激光超声检测系统，该系统将激光超声激励源与激光超生检测信号透镜同轴整合实现检测。

现有的激光超声检测方法为单路激光超声检测技术方案，受到超声激励源和检测光源的能量和重复频率的限制，检测速度有限。按照目前常用的激光超声检测技术方案，每次检测直径10um至100um的范围，每次扫描构成一条检测激光直径宽的线，多次扫描的线紧密排列构成一个面。由于激光扫面速度通常在每秒10mm至100mm，因此检验每平方米的面积通常需要连续工作数天的时间。

发明内容

本发明目的在于解决上述已有技术中出现的问题，提供一种多路并行激光超声检测系统，该系统能够更快速、更全面的从里面检测管道壁表面或者内部的损伤、裂痕。

本发明提供一种激光超声检测系统，包括检测激光光源1，前分光结构2，采集结构3，双折变晶体4，偏振片5，探测器6，二分之一波片7，前偏振分光棱镜8，声光调制器9，后偏振分光棱镜10，后分光结构11，被检测件12，激光超声激励源21，扩束结构22，双向可调光阑23，聚焦镜24。如图1所示。

在所述的技术方案中，所述的检测激光光源1为一个激光光源，可以是连续的激光也可以是高重复频率的脉冲激光；

在所述的技术方案中，所述的前分光结构2为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以将入射的激光分成强度相同的1至100束，并平行出射；

在所述的技术方案中，所述的采集结构3为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以实现对1至100束的入射激光进行同时接收并反射到适当位置；

在所述的技术方案中，所述的双折变晶体4可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以1个双折变晶体4通过2路或多至光束数目的激光，实现干涉；

在所述的技术方案中，所述的偏振片5可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以是1个偏振片通过2路或多至光束数目的激光，实现偏振滤光的功能；

在所述的技术方案中，所述的探测器6可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以是1个探测器6对应2路或多至光束数目的激光，实现采集干涉光场的功能；

在所述的技术方案中，所述的二分之一波片7，用来对入射的激光进行调节，使得最大能量的偏振光透过前偏振分光棱镜8；

在所述的技术方案中，所述的前偏振分光棱镜8，用来对入射的激光进行调节，改变光的偏振方向与前偏振分光棱镜8的滤光方向相同；

在所述的技术方案中，所述的声光调制器9，用来对入射的激光进行调制，改变光的频率；

在所述的技术方案中，所述的后偏振分光棱镜10，用来对入射的激光进行偏振分光，提高光的偏振度；

在所述的技术方案中，所述的后分光结构11为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以将调制后的激光分成强度相同的1至100束，并平行出射；

在所述的技术方案中，所述的被检测件12上面同时汇聚了分光光束数目的光斑，分别进行各个点的激光超声检测，检测时各个光斑沿同一方向运动，呈梳状扫描检测面，同时采集被检测件12上分光光束数目条线上的光斑；

在所述的技术方案中，所述的激光超声激励源21为脉冲或者连续发射的激光器，用来产生激励超声的激光；

在所述的技术方案中，所述的扩束结构22为1个或者多至10个透镜构成的光学透镜组，用来将激光光束扩束成适当的直径；

在所述的技术方案中，所述的双向可调光阑23是由两个方向宽窄可调的缝隙构成的光阑，用来将激光光束整形成矩形；

在所述的技术方案中，所述的聚焦镜24是由两个方向宽窄可调的缝隙构成的光阑，用来将激励超声的激光光束汇聚到被检测件12上，激励产生超声。

本发明与已有技术相比具有如下的优点：

本发明的装置能够针对大范围进行激光超声检测，并且激光超声检测速度可以大幅提高；采用线状超声激励源进行激励，使得各个监测点的超声场分布相同，解决了采用圆形激光光斑激励超声时各个采集点超声强度不一致的问题；本发明的装置扫面速度快，检测效率高，实用性强。

附图说明

图1是采用5路并行激光超声检测系统的原理图。

图2是5路激光超声检测装置的扫描方法图。

图3是采用3路并行激光超声检测系统的原理图。

图4是3路激光超声检测装置的扫描方法图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例将对本发明进一步详细说明。

实施例1

按照说明所述，制作一套本发明的多路并行激光超声检测系统，包括检测激光光源1，前分光结构2，采集结构3，双折变晶体4，偏振片5，探测器6，二分之一波片7，前偏振分光棱镜8，声光调制器9，后偏振分光棱镜10，后分光结构11，被检测件12，激光超声激励源21，扩束结构22，双向可调光阑23，聚焦镜24。如图1所示。其中前分光结构2能够将信号光分成5束，采集结构3针对这5束信号光分别采集。前分光结构2为5个反射镜构成的反射镜组，探测器6为科学CCD，采集结构3为5个反射镜构成的反射镜组。采集结构3采集到的信号光经过反射镜折射后，分别经过各自的双折变晶体4和偏振片5进入5个不同的探测器6，探测器将获得的信号光转变成电信号，经过信号处理电路传输给计算机，再经过图像处理后通过应用程序显示激光超声检测的结果。激光超声激励源21出射的信号光经过扩束结构22后，光斑横截面变成10毫米长0.5毫米宽的椭圆形，再经过双向可调光阑23，整形成矩形，然后通过聚焦镜24聚焦在被检测件12表面。

激光超声激励源21发出的条形激励光斑33照射在被检测件12上距离被检测范围31的适当位置，如图2所示。图2中的32表示激光光斑范围。图1中，从检测激光光源1发出的检测激光经过前分光结构2变成5束A、B、C、D、E，相同间距的照射在距离激光超声激励源21相同距离的位置上，反射光进入采集结构3。

工作时，检测光斑沿着激光超声激励源21光斑短边的方向向外侧扫描，扫描过程中5个检测光斑形成的扫描线相互平行，如图2中的A1、B1、C1、D1、E1。达到适当的宽度时后，扫描光斑向下再反折扫描回来，构成一个矩形面。然后扫描光斑沿着激光超声激励源21光斑长边的方向向外侧运动，使得A束光可以继续沿着E束激光的下面开始第二次扫描A2、B2、C2、D2、E2。这样的过程往复下去，直至完成全部的检测面。

实施例2

按照说明所述，制作一套本发明的多路并行激光超声检测系统，包括检测激光光源1，前分光结构2，采集结构3，双折变晶体4，偏振片5，探测器6，二分之一波片7，前偏振分光棱镜8，声光调制器9，后偏振分光棱镜10，后分光结构11，被检测件12，激光超声激励源21，扩束结构22，聚焦镜24。如图3所示。其中前分光结构2能够将信号光分成3束，采集结构3针对这3束信号光分别采集。前分光结构2为2个棱镜构成的光学结构，探测器6为一个CMOS图像采集器件，采集结构3为2个棱镜构成的光学结构。采集结构3采集到的信号光经过反射镜折射后，分别经过各自的双折变晶体4和一块偏振片5进入同一个探测器6，探测器将获得的信号光转变成电信号，经过信号处理电路传输给计算机，再经过图像处理后通过应用程序显示激光超声检测的结果。激光超声激励源21出射的信号光经过扩束结构22后，光斑横截面变成6毫米长0.8毫米宽的椭圆形，直接通过聚焦镜24聚焦在被检测件12表面。

激光超声激励源21发出的条形激励光斑33照射在被检测件12上距离被检测范围31的适当位置，如图4所示。图4中的32表示激光光斑范围。图3中，从检测激光光源1发出的检测激光经过前分光结构2变成3束A、B、C、D、E，相同间距的照射在距离激光超声激励源21相同距离的位置上，反射光进入采集结构3。

工作时，检测光斑沿着激光超声激励源21光斑短边的方向向外侧扫描，扫描过程中5个检测光斑形成的扫描线相互平行，如图4中的A1、B1、C1。达到适当的宽度时后，扫描光斑向下再反折扫描回来，构成一个矩形面。然后扫描光斑沿着激光超声激励源21光斑长边的方向向外侧运动，使得A束光可以继续沿着E束激光的下面开始第二次扫描A2、B2、C2。这样的过程往复下去，直至完成全部的检测面。

Claims (6)

1.一种激光超声检测系统，包括检测激光光源、前分光结构、采集结构、双折变晶体、偏振片、探测器、二分之一波片、前偏振分光棱镜、声光调制器、后偏振分光棱镜、后分光结构、被检测件、激光超声激励源、扩束结构、双向可调光阑、聚焦镜；

在所述的技术方案中，所述的检测激光光源为一个激光光源，可以是连续的激光光源也可以是高重复频率的脉冲激光光源；

在所述的技术方案中，所述的前分光结构为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以将入射的激光分成强度相同的1至100束，并平行出射；

在所述的技术方案中，所述的采集结构为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以实现对1至100束的入射激光进行同时接收并反射到适当位置；

在所述的技术方案中，所述的双折变晶体可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以1个双折变晶体通过2路或多至光束数目的激光，实现干涉；

在所述的技术方案中，所述的偏振片可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以是1个偏振片通过2路或多至光束数目的激光，实现偏振滤光的功能；

在所述的技术方案中，所述的探测器可以是1至100个，用来分别对应每一束采集到的入射激光，也可以是1个探测器对应2路或多至光束数目的激光，实现采集干涉光场的功能；

在所述的技术方案中，所述的二分之一波片，用来对入射的激光进行调节，使得最大能量的偏振光透过前偏振分光棱镜；

在所述的技术方案中，所述的前偏振分光棱镜，用来对入射的激光进行调节，改变光的偏振方向与前偏振分光棱镜的滤光方向相同；

在所述的技术方案中，所述的声光调制器，用来对入射的激光进行调制，改变光的频率；

在所述的技术方案中，所述的后偏振分光棱镜，用来对入射的激光进行偏振分光，提高光的偏振度；

在所述的技术方案中，所述的后分光结构为由1至100个反射镜或者1至100个棱镜组成的光学结构，可以将调制后的激光分成强度相同的1至100束，并平行出射。

2.按照权利要求1所述的激光超声检测装置，其特征在于，所述的激光超声激励源为脉冲或者连续发射的激光器，用来产生激励超声的激光；

在所述的技术方案中，所述的扩束结构为1个或者多至10个透镜构成的光学透镜组，用来将激光光束扩束成适当的直径，并同时将激光光斑压缩成与双向可调光阑两个边长相近的椭圆型光斑；

在所述的技术方案中，所述的双向可调光阑是由两个方向宽窄可调的缝隙构成的光阑，用来将激光光束整形成矩形；

在所述的技术方案中，所述的聚焦镜是由两个方向宽窄可调的缝隙构成的光阑，用来将激励超声的激光光束汇聚到被检测件上，激励产生超声。

3.按照权利要求1所述的激光超声检测装置，其特征在于，所述的被检测件上面同时汇聚了分光光束数目的光斑，分别进行各个点的激光超声检测，检测时各个光斑间距相同，沿同一方向运动，呈梳状扫描检测面，同时采集被检测件上分光光束数目条线上的光斑；上述的多条扫描激光光束在到达扫描面的边缘时，同时向下反折扫描回来，构成一个矩形面，然后扫描光斑沿着激光超声激励源光斑长边的方向向外侧运动，使得第一束光可以继续沿着最后一束激光的下面开始第二次扫描，这样的过程往复下去，直至完成全部的检测面。

也可以上述的多条扫描激光光束在到达扫描面的边缘时，扫描光斑沿着激光超声激励源光斑长边的方向向外侧运动，使得第一束光可以继续沿着最后一束激光的下面开始第二次扫描，这样的过程往复下去，直至完成全部的检测面。

也可以上述的多条扫描激光光束在到达扫描面的边缘时，上述的多条扫描激光光束在到达扫描面的边缘时，同时反折扫描回来，再次反折扫描回来，一共进行任意多次，直至每一条分出的光束扫描检测完两个分出的光束之间的面积，然后扫描光斑沿着激光超声激励源光斑长边的方向向外侧运动，使得第一束光可以继续沿着最后一束激光的下面开始第二次扫描，这样的过程往复下去，直至完成全部的检测面。

4.按照权利要求1所述的激光超声检测装置，其特征在于，所述的激光超声激励源产生的激励光斑为矩形，并且矩形光斑的长边方向与多条扫描激光光束聚焦光斑的列方向平行；扫描时多条扫描激光光束在沿着矩形的短边方向同时远离或者靠近激光超声激励源产生的激励光斑。

5.按照权利要求4所述的激光超声检测装置，其特征在于，所述的激光超声激励源产生的激励光斑为矩形，在矩形的短边方向上，多条扫描激光光束的聚焦光斑到激励光斑的距离不断变化，实现扫描；在矩形的长边方向上，多条扫描激光光束的聚焦光斑与激励光斑的距离保持不变，保持各点的超声场在扫描过程中始终相同。

6.按照权利要求1所述的激光超声检测装置，其特征在于，所述的激光超声激励源产生的激励光斑为矩形，在矩形的短边方向上，多条扫描激光光束的聚焦光斑到激励光斑的距离不断变化，实现扫描；在矩形的长边方向上，多条扫描激光光束的聚焦光斑与激励光斑的相对位置保持不变，保持各点的超声场在扫描过程中始终相同，这样可以有效的减小干扰噪声。

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