CN105301097B - 一种激光超声激发与检测系统及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种激光超声激发与检测系统及其检测方法，属于无损探伤技术领域。该装置包括连续激光器，激光分束装置，光电调制结构，光学干涉光路系统，光束调制光路，反光镜，信号处理电路，计算机，被检测件。利用激光分束装置组中的分光板的不同数量和不同间隔的组合实现激光的阵列激发和阵列检测。本发明系统和方法采用一个连续激光器同时实现激光超声的激发和检测，显著降低激光超声检测系统的成本；阵列激发和检测显著提高超声信号的信噪比和检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种激光超声激发与检测系统和方法，属于无损检测领域。
背景技术
激光超声技术是利用激光激发和检测超声的无损检测技术，激光具有较好的指向性和远距离不发散的特点，所以运用激光非接触远距离的特点进行无损检测是故障诊断重要的新兴方法，可以运用激光扫描技术实现大规模无损检测。在材料缺陷检测、加工检测、以及高温、腐蚀、辐射等恶劣的环境下设备的监测中具有广阔的应用前景。
激光超声系统主要包括超声激发系统和激光超声检测系统，这两个系统大多采用专门的激光干涉仪和脉冲激光器，成本往往较高。此外，现有的激光超声激发与检测方案大多采用单独的点源或者线源照射检测件，受限于激光器的能量和重复频率，激发效果和信号的检测效果以及检测速度有限。文献Laser-generation ofnarrow-band surface waves[J].Journal ofthe Acoustical Society ofAmerica,1992,92(5):537-541.介绍采用阵列的激光源激发超声可以向被检测件辐照更多能量，激发的超声信号的信噪比更大。
发明内容
本发明目的在于解决上述已有的应用和技术中出现的问题，提供了一种运用单个激光器实现激光超声的激发和检测的方法，通过设计光路实现激光超声的阵列激发和阵列检测，显著提升激光超声检测的检测精度，使系统能够更快速和全面的检测被测件的表面或者内部的损伤、裂痕。
为了实现上述技术目的，本发明采用了如下技术方案：
一种激光超声激发与检测系统，该系统由一个连续激光器，一级分束装置，光电调制机构，激光光束调制机构，反光镜，光学干涉光路，被检测件，二级分束装置一、二级分束装置二以及信号处理电路，计算机组成，所述连续激光器发出的连续激光通过一级分束装置，分成激发激光和检测激光两束激光；所述激发激光通过所述光电调制机构转化为脉冲激光；所述二级分束装置一和二级分束装置二分别由1～100个分光比相同的分光板组成。
优选的，所述连续激光按照一级分束装置不同的分光比，分为不同强度的检测激光和激发激光。
优选的，所述二级分束装置一由1～100个等间隔、相同分光比的分光板以及一块反光镜组成，将所述脉冲激光分成强度相等的1～100束等间隔且沿检测方向分布的脉冲激光，用于激发超声波的激光源。
优选的，所述二级分束装置二由1～100个等间隔、相同分光比的分光板以及一块反光镜组成，将所述检测激光分成强度相等的1～100束等间隔且沿检测方向分布的连续激光，用于激光干涉检测的激光源。
优选的，所述光电调制机构为普通的电光晶体调制或者激光调Q装置。
优选的，所述激光光束调制结构包括激光扩束结构、光阑及聚焦镜；所述激光光束调制结构通过增减所述激光扩束结构数量和调节激光扩束结构与光阑缝隙间的长宽，将点源脉冲激光调制为不同宽度和长度的矩形源或者线源激光，实现点源和线源激光的切换。
本发明还提供了一种利用如上所述的激光超声激发与检测系统进行金属板裂纹检测的方法，通过所述二级分束装置一将一束脉冲激光转换成阵列激光等间隔、等强度辐照在被检测件上实现阵列激发；并通过增减所述二级分束装置一中分光板的数量调节激光超声激发的范围,起到激光沿检测方向扫描激发超声波的效果，通过调节分光板的间隔实现调节激光超声激发的间隔频率。
作为进一步的改进，通过所述二级分束装置二，将由不同数量相同强度的连续激光组成的检测激光经过所述光学干涉光路，等间隔辐照在被检测件上，所述检测激光在被检测件表面反射到光学干涉光路中形成干涉；通过增减所述二级分束装置二中分光板的数量调节被检测件上超声检测的范围,阵列检测起到了沿检测方向扫描检测的效果；通过调节所述二级分束装置二中分光板的间隔实现调节超声的检测密度。
与现有技术相比，本发明有如下优点：
本发明运用一个连续激光器同时实现激光超声的激发和检测，降低了激光超声技术应用的成本；通过分束装置组，实现了激光超声的阵列激发和阵列检测，提高了激发的激发效果和检测精度；通过调节激光光路调制系统中的扩束装置和光阑，可使辐照到检测件上的激光超声激发源在不同宽度的矩形源和点源之间切换。
附图说明
图1为本发明的激光超声激发与检测系统一个实施例的结构示意图；
图2为图1实施例中激光超声阵列激发结构的示意图；
图3为图1实施例中激光超声阵列检测结构的示意图；
附图标记说明：1-连续激光器，2-一级分束装置，3-光电调制结构，4-光束调制结构，5-反光镜，6-光学干涉光路，7-被检测件，8-二级分束装置一，9-二级分束装置二。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
如图1所示，在本发明的一个较佳实施例中，提供了一套激光超声激发和检测系统，包括连续激光器1，一级分束装置2，二级分束装置一8、二级分束装置二9，光电调制结构3，激光光束调制机构4，反光镜6，光学干涉光路系统6及信号处理电路与计算机。
本实施例中的系统工作时，由连续激光器1发出一束连续激光，经过一级激光分束装置2将连续激光按一定分光比分成两束强度不同的连续激光，一束激光经过光电调制结构3或者调Q装置转化为脉冲激光，脉冲激光进入二级分束装置一8被分成1～100束强度相同的脉冲激光，而后1～100束脉冲激光进入激光扩束结构，将激光光束扩成适当的直径，经过扩束的激光进入光阑，通过调整光阑将激光束调成所需要的矩形宽度和长度，最后通过聚焦镜将矩形或线形激光源辐照在被检测件7上，激励产生超声。此外，当需要点源激光源时，可以减去扩束机构和光阑结构，只通过聚焦镜将激光束点源辐照在被检测件7上实现超声激励。另一束连续激光经过二级分束装置二9分成强度相同的1～100束连续激光进入光学干涉光路6，光学干涉光路系统主要是通过将连续激光分解成参考激光和检测激光，检测激光辐照到被检测件后反射回系统中与参考激光形成干涉，而后进入探测器将光学干涉信号转化为电信号传出。电信号经过信号处理电路的离散、放大、预处理等进入计算机中，通过图像处理程序实现激光超声成像，最后形成被检测件的检测报告输出。特别的，图1为连续激光分为强度相同的两束激光的系统结构示意图。
如图2所示，在光电调制机构后，二级分束装置一8将脉冲激光分为1～100束等强度的脉冲激光分别进入光束调制结构实现激光的光束调制，进而辐照到被检测件上实现激光超声阵列激发，增强激光的信噪比。当增加二级分束装置一8中分光板的数量时，就会使更过的激光束照射到被检测件上，使激光超声激发的范围更大,起到激光沿检测方向扫描的效果。在小范围内比激光扫描激发速度快；减小二级分束装置一8中分光板的间隔会使辐照到被检测件上的激光束的间隔减小，增加了调节激光超声激发的间隔频率。特别的，图2为经过激光分束装置分成五束激发激光的结构。
如图3所示，经过一级分束装置2后的连续检测激光源，进入二级分束装置二9，使不同数量相同强度的连续激光经过光学干涉光路，等间隔辐照在被检测件上，检测激光在检测件表面反射到光学干涉光路中形成干涉，阵列检测起到了沿检测方向扫描检测的效果；当增加二级分束装置二9中分光板的数量时，会有更多的检测激光辐照到被检测件7上，增大被检测件上超声检测的范围,阵列检测起到了沿检测方向扫描检测的效果，比激光干涉仪单点检测速度快；减小二级分束装置二9中分光板的间隔会使检测激光辐照到被检测件上的检测点的间隔减小，这就增大了超声的检测密度。特别的，图3为经过激光分束装置分成五束检测激光的结构。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (4)
1.一种激光超声激发与检测系统，该系统由一个连续激光器(1)，一级分束装置(2)，光电调制机构(3)，激光光束调制机构(4)，反光镜(5)，光学干涉光路(6)，二级分束装置一(8),二级分束装置二(9)以及信号处理电路，计算机组成，其特征在于：所述连续激光器发出的连续激光按照一级分束装置不同的分光比，分成不同强度的激发激光和检测激光两束激光；所述激发激光通过所述光电调制机构转化为脉冲激光；所述二级分束装置一(8)由1～100个等间隔、相同分光比的分光板以及一块反光镜组成，将所述脉冲激光分成强度相等的1～100束等间隔且沿检测方向分布的脉冲激光，用于激发超声波的激光源；所述二级分束装置二(9)由1～100个等间隔、相同分光比的分光板以及一块反光镜组成，将所述检测激光分成强度相等的1～100束等间隔且沿检测方向分布的连续激光，用于激光干涉检测的激光源。
2.根据权利要求1所述的激光超声激发与检测系统，其特征在于：所述光电调制机构(3)为普通的电光晶体调制或者激光调Q装置。
3.根据权利要求2所述的激光超声激发与检测系统，其特征在于：所述激光光束调制结构(4)包括激光扩束结构、光阑及聚焦镜；所述激光光束调制结构(4)通过增减所述激光扩束结构数量和调节激光扩束结构与光阑缝隙间的长宽，将点源脉冲激光调制为不同宽度和长度的矩形源或者线源激光，实现点源和线源激光的切换。
4.一种利用如权利要求1-3任一项所述的激光超声激发与检测系统进行金属板裂纹检测的方法，其特征在于：通过所述二级分束装置一(8)将一束脉冲激光转换成阵列激光等间隔、等强度辐照在被检测件上实现阵列激发；并通过增减所述二级分束装置一(8)中分光板的数量调节激光超声激发的范围,起到激光沿检测方向扫描激发超声波的效果，通过调节分光板的间隔实现调节激光超声激发的间隔频率；以及
通过所述二级分束装置二(9)，将由不同数量相同强度的连续激光组成的检测激光经过所述光学干涉光路(6)，等间隔辐照在被检测件上，所述检测激光在被检测件表面反射到光学干涉光路(6)中形成干涉；通过增减所述二级分束装置二(9)中分光板的数量调节被检测件上超声检测的范围,阵列检测起到了沿检测方向扫描检测的效果；通过调节所述二级分束装置二(9)中分光板的间隔实现调节超声的检测密度。
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