CN107860716A - 一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备 - Google Patents

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方奔
陈春明
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Abstract

本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备，包括：将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点产生超声波；将探测激光照射在待检测材料正面的接收点，反射光发生多普勒效应和干涉现象，获得表面波信号；通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点，显示和存储表面波信号随时间变化的波动图像；将探测激光照射在待检测材料反面的接收点，反射光发生多普勒效应和干涉现象，获得纵波信号；显示和存储纵波信号随时间变化的波动图像；根据固体力学公式计算待检测材料的弹性常数。本发明采用激光超声激发超声波,能一次同时产生纵波、横波、表面波，能实现对同性材料超声波的无盲区测量，测量弹性常数精度高。

Description

一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备
技术领域
本发明涉及材料的弹性常数检测技术领域，尤其涉及一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备。
背景技术
传统材料的弹性常数检测检验方法主要有拉伸实验法、压痕硬度法以及射线检验法，但是这些方法普遍存在效率相对较低，适用范围相对较窄以及对材料及制件缺陷做定性、定量表征精准度达不到工程高精度要求的问题。拉伸实验法和压痕硬度法属于有损检测，会对检测试件带来性能损伤；射线检测需要考虑辐射安全防护问题，保护操作人员的健康和安全问题以及存在评片要求较高等不足；传统材料无损检测检验方法不适用于对高温、腐蚀以及辐射等特殊环境被检工件弹性常数的高精度无损测量。
发明内容
本发明旨在提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备，旨在解决传统无损检测方法及设备检测精度与效率较低，不适用于复杂形状，不适用于高温、腐蚀以及辐射的各向同性材料弹性常数测试环境等问题。
本发明提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，包括以下步骤：
步骤1：将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；
步骤2：将探测激光照射在所述待检测材料正面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号；
步骤3：通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；
步骤4：显示和存储表面波信号随时间变化的波动图像；
步骤5：将探测激光照射在所述待检测材料反面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得纵波信号；
步骤6：显示和存储纵波信号随时间变化的波动图像；
步骤7：根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速；
步骤8：根据固体力学理论公式计算待检测材料的弹性常数数值。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，所述步骤1中将脉冲激光通过柱透镜由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，所述激励点和待检测材料正面的接收点水平对齐，所述激励点和待检测材料反面的接收点对心对齐。
本发明还提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，包括：
脉冲激光器，用于将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；
多普勒测振仪，用于将探测激光照射在所述待检测材料的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号和纵波信号；
光电探测器，通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；
示波器，分别与多普勒测振仪和光电探测器相连接，用于显示超声波信号的时间原点，并显示和存储表面波信号和纵波信号随时间变化的波动图像；
计算机，根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述检测设备还包括将脉冲激光由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点的柱透镜。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述脉冲激光器的单脉冲功率为100mJ连续可调，脉冲宽度为8ns
本发明的激光超声测量弹性常数精度高，适用于航空产业及特殊行业的产品；本发明采用激光超声激发超声波,能一次同时产生纵波、横波、表面波，能实现对同性材料超声波的无盲区测量；本发明采用激光激励，激光接收方式，基于热弹理论产生超声波，不需要与被检工件接触，真正实现全程非接触测量，满足高温、辐射、辐射的同性材料弹性常数测试环境。
附图说明
图1是本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法的流程图；
图2是本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
如图1所示为本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法的流程图，本发明的检测方法包括如下步骤：
步骤1：将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；
具体实施时，采用Nd-YAG脉冲激光器产生脉冲激光，将脉冲激光通过柱透镜由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点，激励点的电子吸收光子能量，跃迁至高能态；处于高能态的电子通过辐射跃迁及发光，无辐射跃迁的电子即与待检测材料的晶格相碰撞把多余的能量交给晶格，引起照射处材料温度升高，并发生光解等化学作用释放多余能量而返回基态；其中无辐射跃迁和化学作用皆可产生超声波。
步骤2：将探测激光照射在所述待检测材料正面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号；
具体实施时，采用LV-SO1-DB多普勒测振计产生连续的探测激光。待检测材料正面的接收点贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
步骤3：通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；
具体实施时，采用光电探测器探测脉冲激光的发射信号，接收到脉冲激光的时间间隔，在示波器上可以显示脉冲激光的发射到产生超声波信号以及超声波信号到达接收点所用时间。
步骤4：显示和存储表面波信号随时间变化的波动图像；
具体实施时，在示波器上当超声波信号在某个时间点出现明显的表面波或者纵波信号，即表示超声波从激励点已经传到了接收点。这一超声信号是由多普勒的反射光经过干涉，处理器等完成的，通过示波器可显示超声波传播的时间差。然后通过测量激励点与接收点距离可计算出波速。
步骤5：将探测激光照射在所述待检测材料反面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得纵波信号；
具体实施时，待检测材料反面的接收点贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
步骤6：显示和存储纵波信号随时间变化的波动图像；
步骤7：根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速；
步骤8：根据固体力学理论公式计算待检测材料的弹性常数数值。
具体实施时，激励点和待检测材料正面的接收点水平对齐，所述激励点和待检测材料反面的接收点对心对齐。
采用本发明的基于激光超声的弹性常数的检测方法比传统测量方法的检测精度高，因此适用于对精度要求较高的航空产业及特殊行业的产品；此外，本发明采用激光超声激发超声波,能一次同时产生纵波、横波、表面波，能实现对同性材料超声波的无盲区测量；本发明采用激光激励，激光接收方式，基于热弹理论产生超声波，不需要与被检工件接触，真正实现全程非接触测量，满足高温、辐射、辐射的同性材料弹性常数测试环境。
如图2所示为本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备的结构示意图。本发明的检测设备包括：脉冲激光器1、多普勒测振仪2、光电探测器3、示波器4以及计算机5。多普勒测振仪2、光电探测器3以及计算机5分别与示波器4相连接。
脉冲激光器1，用于将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；多普勒测振仪2，用于将探测激光照射在所述待检测材料的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号和纵波信号；光电探测器3，通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；示波器4，分别与多普勒测振仪和光电探测器相连接，用于显示超声波信号的时间原点，并显示和存储表面波信号和纵波信号随时间变化的波动图像；计算机5，根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速
本发明检测设备还包括将脉冲激光由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点的柱透镜6。
具体实施时，待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
具体实施时，采用Nd-YAG脉冲激光器产生脉冲激光，脉冲激光器1的单脉冲功率为100mJ连续可调，脉冲宽度为8ns。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；
步骤2：将探测激光照射在所述待检测材料正面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号；
步骤3：通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；
步骤4：显示和存储表面波信号随时间变化的波动图像；
步骤5：将探测激光照射在所述待检测材料反面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得纵波信号；
步骤6：显示和存储纵波信号随时间变化的波动图像；
步骤7：根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速；
步骤8：根据固体力学理论公式计算待检测材料的弹性常数数值。
2.如权利要求1所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，其特征在于，所述步骤1中将脉冲激光通过柱透镜由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点。
3.如权利要求1所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，其特征在于，待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
4.如权利要求1所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，其特征在于，所述激励点和待检测材料正面的接收点水平对齐，所述激励点和待检测材料反面的接收点对心对齐。
5.一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，其特征在于，包括：
脉冲激光器，用于将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；
多普勒测振仪，用于将探测激光照射在所述待检测材料的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号和纵波信号；
光电探测器，通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；
示波器，分别与多普勒测振仪和光电探测器相连接，用于显示超声波信号的时间原点，并显示和存储表面波信号和纵波信号随时间变化的波动图像；
计算机，根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速。
6.如权利要求5所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，其特征在于，所述检测设备还包括将脉冲激光由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点的柱透镜。
7.如权利要求5所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，其特征在于，所述待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。
8.如权利要求5所述的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，其特征在于，所述脉冲激光器的单脉冲功率为100mJ连续可调，脉冲宽度为8ns。
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Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108871640A (zh) * 2018-06-13 2018-11-23 西安交通大学 基于瞬态光栅激光超声表面波的残余应力无损检测系统和方法
CN109579971A (zh) * 2018-10-17 2019-04-05 中国科学院声学研究所 一种利用激光多普勒效应进行超声定量测量的系统及方法
CN110487908A (zh) * 2019-07-24 2019-11-22 大连理工大学 一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法
CN110567880A (zh) * 2019-10-22 2019-12-13 厦门大学 一种汽车轮毂实时在线的无损检测装置
CN110794033A (zh) * 2019-11-13 2020-02-14 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法
CN113049423A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 清华大学 基于激光多普勒效应的双钢板剪力墙检测系统和方法
CN113074849A (zh) * 2021-03-26 2021-07-06 重庆交通大学 一种基于激光超声技术的混凝土表面绝对应力测量方法
CN113358577A (zh) * 2021-06-10 2021-09-07 郑州大学 一种用于确定激光超声信号起点的电磁波方法
JPWO2020129209A1 (ja) * 2018-12-20 2021-09-27 株式会社島津製作所 欠陥検査装置および欠陥検査方法
CN113607814A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 广东工业大学 一种金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法及系统
CN114112132A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 广东腐蚀科学与技术创新研究院 一种激光超声测量梯度残余应力的系统和方法
CN114113133A (zh) * 2021-10-09 2022-03-01 宝宇(武汉)激光技术有限公司 一种非平面工件表面缺陷无损检测装置
CN114935547A (zh) * 2022-06-01 2022-08-23 国家石油天然气管网集团有限公司 管道硬度内检方法及系统
WO2023075694A3 (en) * 2021-10-28 2023-07-06 Agency For Science, Technology And Research A system and method of non-contact measurement of one or more mechanical properties of a material

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018170A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 南京百丝胜新材料科技有限公司 在线检测材料弹性参数均匀性的非接触式检测方法
CN107202760A (zh) * 2017-05-16 2017-09-26 同济大学 一种激光激发表面波测量声弹性常数的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103018170A (zh) * 2012-11-28 2013-04-03 南京百丝胜新材料科技有限公司 在线检测材料弹性参数均匀性的非接触式检测方法
CN107202760A (zh) * 2017-05-16 2017-09-26 同济大学 一种激光激发表面波测量声弹性常数的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YU ZHAN 等: ""Experimental study and finite element analysis based on equivalent load method for laser ultrasonic measurement of elastic constants"", 《ULTRASONICS》 *

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108871640A (zh) * 2018-06-13 2018-11-23 西安交通大学 基于瞬态光栅激光超声表面波的残余应力无损检测系统和方法
CN109579971A (zh) * 2018-10-17 2019-04-05 中国科学院声学研究所 一种利用激光多普勒效应进行超声定量测量的系统及方法
CN109579971B (zh) * 2018-10-17 2020-08-04 中国科学院声学研究所 一种利用激光多普勒效应进行超声定量测量的系统及方法
JPWO2020129209A1 (ja) * 2018-12-20 2021-09-27 株式会社島津製作所 欠陥検査装置および欠陥検査方法
JP7099545B2 (ja) 2018-12-20 2022-07-12 株式会社島津製作所 欠陥検査装置および欠陥検査方法
CN110487908A (zh) * 2019-07-24 2019-11-22 大连理工大学 一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法
CN110487908B (zh) * 2019-07-24 2020-08-14 大连理工大学 一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法
CN110567880A (zh) * 2019-10-22 2019-12-13 厦门大学 一种汽车轮毂实时在线的无损检测装置
CN110794033A (zh) * 2019-11-13 2020-02-14 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法
CN110794033B (zh) * 2019-11-13 2021-05-04 大连理工大学 一种精准控制声场幅值与偏振方向的多波聚焦方法
CN113049423A (zh) * 2021-03-12 2021-06-29 清华大学 基于激光多普勒效应的双钢板剪力墙检测系统和方法
CN113074849A (zh) * 2021-03-26 2021-07-06 重庆交通大学 一种基于激光超声技术的混凝土表面绝对应力测量方法
CN113358577A (zh) * 2021-06-10 2021-09-07 郑州大学 一种用于确定激光超声信号起点的电磁波方法
CN113607814A (zh) * 2021-07-30 2021-11-05 广东工业大学 一种金属增材制造件弹性常数激光超声测量方法及系统
CN114113133A (zh) * 2021-10-09 2022-03-01 宝宇(武汉)激光技术有限公司 一种非平面工件表面缺陷无损检测装置
WO2023075694A3 (en) * 2021-10-28 2023-07-06 Agency For Science, Technology And Research A system and method of non-contact measurement of one or more mechanical properties of a material
CN114112132A (zh) * 2021-11-22 2022-03-01 广东腐蚀科学与技术创新研究院 一种激光超声测量梯度残余应力的系统和方法
CN114935547A (zh) * 2022-06-01 2022-08-23 国家石油天然气管网集团有限公司 管道硬度内检方法及系统

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