CN104990521A - 一种非接触式复合材料测厚装置及方法 - Google Patents

一种非接触式复合材料测厚装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式复合材料测厚装置及方法，短脉冲激光束在样品前表面激发声波，声波传到后表面时，引起样品后表面发生形变，另一束从样品后表面发射的探测光会由于这次形变而发生偏转；声脉冲到达后表面又从后表面向前表面反射，再从前表面反射到后表面，完成一个反射周期；探测光就会探测时间有一定延迟的第二次偏转，两次偏转的时间差乘以声波在样品中的传播速度，再除以二就是样品的厚度。本发明激光超声波的产生和探测都是通过激光进行的，因而易于实现远距离的遥控激发和接收；激光束使得被测超声波场可以不受任何干扰，或者受到的干扰很小，具有极强的抗干扰能力。

Description

一种非接触式复合材料测厚装置及方法
技术领域
本发明属于符合材料无损检测技术领域，尤其涉及一种非接触式复合材料测厚装置及方法。
背景技术
复合材料作为一种优异的耐磨和耐高温材料，在高温设备热防护、飞机刹车制动盘等军事、特种民用技术等领域有着广泛的应用。为了更好地测量和评定这一类型材料的防护特性，迫切需要一种能够在试验中进行厚度动态测量的传感器。超声式厚度测量传感器具有无损、无放射性的优点，并且可以提供实时动态的测量结果，为这种类型材料的测量提供了强有力的技术手段。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式复合材料测厚装置及方法，旨在解决传统超声波测厚装置及方法对复合材料进行测厚时，需要耦合剂进行耦合，不能用于高温、高压、有辐射环境的复合材料测厚问题。
本发明是这样实现的，一种非接触式复合材料非接触式复合材料测厚装置，该非接触式复合材料非接触式复合材料测厚装置设置有CO2脉冲激光器、红宝石检测激光器、光纤传导器、F-P光学干涉仪、数据采集及控制系统、工控机；其中所述光纤传导器分别连接所述CO2脉冲激光器、所述红宝石检测激光器、F-P光学干涉仪，所述红宝石检测激光器还连接所述F-P光学干涉仪；所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的后端连接所述工控机。
本发明的另一目的在于提供一种非接触式复合材料测厚方法，该非接触式复合材料测厚方法包括以下步骤：
步骤一，短脉冲激光束在样品前表面激发声波，声波传到后表面时，引起样品后表面发生形变，另一束从样品后表面发射的探测光会由于这次形变而发生偏转；超声波的产生和探测都是通过激光进行的，因而易于实现远距离的遥控激发和接收；激光束使得被测超声波场可以不受任何干扰，或者受到的干扰很小，具有极强的抗干扰能力；
步骤二，声脉冲到达后表面又从后表面向前表面反射，再从前表面反射到后表面，完成一个反射周期；
步骤三，探测光就会探测时间有一定延迟的第二次偏转，两次偏转的时间差乘以声波在在样品中的传播速度，再除以二就是样品的厚度。
本发明激光超声波的产生和探测都是通过激光进行的，因而易于实现远距离的遥控激发和接收；激光束使得被测超声波场可以不受任何干扰，或者受到的干扰很小，具有极强的抗干扰能力。
附图说明
图1是本发明实施例提供的非接触式复合材料测厚装置结构示意图；
图2是本发明实施例提供的非接触式复合材料测厚的方法流程图。
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，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的非接触式复合材料测厚装置主要包括：CO2脉冲激光器、红宝石检测激光器、光纤传导器、F-P光学干涉仪、数据采集及控制系统、工控机；其中所述光纤传导器分别连接所述CO2脉冲激光器、所述红宝石检测激光器、F-P光学干涉仪，所述红宝石检测激光器还连接所述F-P光学干涉仪；所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的后端连接所述工控机。
如图2所示，本发明实施例的非接触式复合材料测厚方法包括以下步骤：
S201：短脉冲激光束在样品前表面激发声波，声波传到后表面时，引起样品后表面发生形变，另一束从样品后表面发射的探测光会由于这次形变而发生偏转；
S202：声脉冲到达后表面又从后表面向前表面反射，再从前表面反射到后表面，完成一个反射周期；
S203：探测光就会探测时间有一定延迟的第二次偏转，两次偏转的时间差乘以声波在在样品中的传播速度，再除以二就是样品的厚度。
本发明的工作原理：
超声源在被检材料表面形成超声表面位移，接着测量并且分析超声表面位移。超声源可以是对准物体的脉冲产生激光束，来自独立探测激光器的激光被工件处的超声表面位移散射，然后采集光学系统采集散射的激光能量。采集光学系统与干涉仪或其他装置耦合，并且关于复合材料结构的完整性可以通过对物件表面超声波的散射量分析而得到，已经表明激光超声在对工件的检查是有效的。激光源通过表面上的局部点处的热膨胀而产生声音，同时与干涉仪耦合的激光束探头探测表面位移和速度。由于发生的激光热膨胀产生的位移，该位移由激光超声探测系统检波而产生在激光超声信号的开始处的脉冲。这个回声通道称为表面回声，表面回声可掩盖任何由靠近样品表面的缺陷产生的回声。表明回声的特续时间取决于发生激光脉冲持续时间和探测系统的频带宽度，典型的，用户二氧化碳发生激光器和共聚焦法探测，表面回声可持续几个微秒。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种非接触式复合材料非接触式复合材料测厚装置，其特征在于，该非接触式复合材料测厚装置包括CO2脉冲激光器、红宝石检测激光器、光纤传导器、F-P光学干涉仪、数据采集及控制系统、工控机；其中所述光纤传导器分别连接所述CO2脉冲激光器、所述红宝石检测激光器、F-P光学干涉仪，所述红宝石检测激光器还连接所述F-P光学干涉仪；所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的前端连接所述F-P光学干涉仪，所述数据采集及控制系统的后端连接所述工控机。
2.一种非接触式复合材料测厚方法，其特征在于，该非接触式复合材料测厚方法包括以下步骤：
步骤一，短脉冲激光束在样品前表面激发超声波，声波传到后表面时，引起样品后表面发生形变，另一束从样品后表面发射的探测光会由于这次形变而发生偏转；
步骤二，声脉冲到达后表面又从后表面向前表面反射，再从前表面反射到后表面，完成一个反射周期；
步骤三，探测光就会探测时间有一定延迟的第二次偏转，两次偏转的时间差乘以声波在在样品中的传播速度，再除以二就是样品的厚度。
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