CN108414618A - 适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，包括电源、壳体、光学系统和控制系统，壳体的前端为激光出光口，壳体的上面板上设置有提手和提手座，光学系统包括激光器及透镜组模块、全反射镜和二维振镜；激光器及透镜组模块包括底板、外壳、激光器组件、变焦透镜组和直流电机；所述激光器组件包括激光器、偏振光束镜、衰减片和光反射探测器，二维振镜包括X轴振镜、X轴电机、Y轴振镜和Y轴电机；控制系统包括振镜驱动控制板、激光器温控板、X轴驱动电路板、Y轴驱动电路板和激光控制板；本发明还公开了一种适用于大型构件无损检测的激光超声检测方法。本发明便于携带，能量恒定，可单次检测较大面积，有效提高了效率。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置及检测方法。
背景技术
超声检测具有灵敏度高、穿透力强、操作方便、无污染等优点，能可靠的检测出结构中的许多缺陷，已成为无损检测的主要研究方向。随着激光技术和超声学的不断发展，激光在物体中激发出声波的研究日益成熟，形成了激光超声技术。近年来，激光超声技术已在超声信号传播、媒质特性研究、无损检测和评估研究等技术领域得到广泛应用，并已形成一个重要的学科领域—激光超声检测技术。激光超声检测技术是利用高能量激光脉冲与物质表面的瞬时热作用，在物质表面产生热特性区，发生热膨胀运动，产生热应力，从而带动周围介质一起运动在物体内部激发出超声信号，可以实现快速、实时、非接触式检测，是目前国内外学者广泛关注的研究热点。激光超声检测技术具有如下优点：(1)激光超声的激发和检测均在瞬间完成，能够实现大型结构的快速、实时在线检测；(2)激光能同时激励出超声纵波、横波以及表面波，可用于材料内部和表面缺陷探测；(3)精度高，即使是常用的激光系统，也能实现微米量级的空间分辨率；(4)灵活性强，通过简单的光学装置即可实现点阵或线阵超声激发，适于对大型复杂工程结构进行检测，而不受试件几何形状约束；(5)精确性高，通过传感器阵列能准确确定损伤源的位置。因此，激光超声技术非常适合于大型工程结构微小缺陷的快速检测。
目前激光超声检测技术中的激发光源通常是将激光束汇聚成为点光源、线光源或圆形光源，其普遍存在作用面积小，激发出的超声波传播距离短，衰减较快等缺点，在对大型构件进行无损检测时造成效率低下，无法满足大型结构在工程实践中的应用需求。随着现代工业技术的飞速发展，对产品性能、外形的要求越来越高，大型结构广泛应用于航空航天工业、高速列车、汽车工业、桥梁大坝、核电站等工程领域。因此，设计一种结构简单、能量恒定、作用面积大、检测效率高的激光超声检测装置势在必行。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种设计新颖合理，实现方便，经济性好，便于携带，保养维护简单，能量恒定，可单次检测较大面积，有效提高了效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：包括电源、壳体、光学系统和控制系统，所述电源、光学系统和控制系统均设置在壳体内，所述壳体的前端为激光出光口，所述壳体的上面板上设置有有提手和两个用于固定连接所述提手的提手座，所述光学系统包括激光器及透镜组模块、全反射镜和二维振镜，所述激光器及透镜组模块设置在壳体内下部中间靠前位置处，所述全反射镜设置在激光器及透镜组模块的前方，所述二维振镜设置在全反射镜的上方；所述激光器及透镜组模块包括底板和外壳，所述底板上设置有激光器组件、变焦透镜组和用于带动变焦透镜组中的透镜移动实现变焦的直流电机；所述激光器组件包括激光器、设置在激光器前方的偏振光束镜、设置在偏振光束镜下方的衰减片和设置在衰减片下方的光反射探测器；所述二维振镜包括X轴振镜和用于带动X轴振镜运动的X轴电机，以及Y轴振镜和用于带动Y轴振镜运动的Y轴电机；所述控制系统包括振镜驱动控制板、激光器温控板、X轴驱动电路板、Y轴驱动电路板和激光控制板，所述振镜驱动控制板上设置有振镜驱动控制电路，所述激光器温控板上设置有激光器温度控制电路，所述X轴驱动电路板上设置有X轴电机驱动器，所述Y轴驱动电路板上设置有Y轴电机驱动器，所述X轴电机驱动器和Y轴电机驱动器均与所述振镜驱动控制电路连接，所述X轴电机与X轴电机驱动器连接，所述Y轴电机与Y轴电机驱动器连接，所述激光控制板上设置有激光控制电路。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器为功率大小3W、激光波长532nm的连续波LD泵浦激光器或脉冲能量可调、激光波长为1060nm的Nd:YAG脉冲激光器。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述变焦透镜组包括依次设置在偏振光束镜前方的双凹透镜、第一平凸透镜、平凹透镜、第二平凸透镜和调焦镜，所述直流电机的输出轴通过动力传动机构与平凹透镜连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器温度控制电路包括温度控制器模块和用于为激光器制冷的TEC制冷片，所述温度控制器模块的输入端接有用于对激光器的温度进行实时采样的温度采样电路，所述温度控制器模块的输出端接有PID控制电路，所述PID控制电路的输出端接有TEC驱动电路，所述TEC制冷片与TEC驱动电路的输出端连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述温度采样电路包括用于对激光器的温度进行实时检测的PT100铂热电阻和用于对PT100铂热电阻输出的温度信号进行放大、滤波和A/D转换处理的温度信号调理电路，所述温度信号调理电路包括型号均为TLC2652的运算放大器U1和运算放大器U2，以及三端稳压芯片TL431和型号为AD620的A/D转换器U3；所述PT100铂热电阻的一端接地，所述PT100铂热电阻的另一端与运算放大器U1的第3引脚和第5引脚以及运算放大器U2的第3引脚均连接，所述运算放大器U1的第2引脚和第6引脚均与三端稳压芯片TL431的第2引脚连接，所述三端稳压芯片TL431的第1引脚和第3引脚均通过电阻R1与运算放大器U1的第5引脚连接，且通过电阻R2与电源的输出端VCC连接；所述运算放大器U2的第2引脚通过串联的电阻R3和电阻R4接地，所述运算放大器U2的第5引脚与电阻R3和电阻R4的连接端连接，且通过电阻R5与运算放大器U2的第6引脚连接，所述运算放大器U2的第6引脚与A/D转换器U3的同相输入端引脚连接，所述A/D转换器U3的同相输入端引脚和反相输入端引脚之间接有电阻R0，所述A/D转换器U3的输出端引脚为温度信号调理电路的信号输出端且与温度控制器模块的输入端连接；
所述PID控制电路包括型号均为LM393的比较器U4和比较器U5，所述比较器U4的反相输入端通过电阻R6与温度控制器模块的输出端连接，所述比较器U5的反相输入端通过电阻R8与温度控制器模块的输出端连接，所述比较器U4的同相输入端和比较器U5的同相输入端均接地，所述比较器U4的反相输入端与输出端之间接有电阻R7，所述比较器U5的反相输入端与输出端之间接有电容C1，所述比较器U4的输出端和比较器U5的输出端为PID控制电路的输出端；
所述TEC驱动电路包括比较器U6、比较器U7、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4，所述比较器U6的同相输入端通过电阻R9与PID控制电路的输出端连接，所述比较器U6的反相输入端通过电阻R10接地，且通过电阻R11与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U6的输出端与二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接，所述三极管Q1的基极与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的基极与集电极之间接有电阻R15，所述三极管Q1的集电极与电源的输出端VCC连接，所述三极管Q2的基极与二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的基极与集电极之间接有电阻R16，所述三极管Q2的集电极与电源的输出端-VCC连接，所述三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接且与TEC制冷片的一个电源端连接；所述比较器U7的反相输入端通过电阻R12与PID控制电路的输出端连接，且通过电阻R13与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U7的同相输入端通过电阻R14接地，所述比较器U7的输出端与二极管D3的阴极和二极管D4的阳极连接，所述三极管Q3的基极与二极管D3的阳极连接，所述三极管Q3的基极与集电极之间接有电阻R17，所述三极管Q3的集电极与电源的输出端VCC连接，所述三极管Q4的基极与二极管D4的阴极连接，所述三极管Q4的基极与集电极之间接有电阻R18，所述三极管Q4的集电极与电源的输出端-VCC连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的发射极连接且与TEC制冷片的另一个电源端连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光控制电路包括激光控制器模块、激光器恒流源控制电路和变焦控制电路，所述激光器恒流源控制电路与光反射探测器的输出端和激光控制器模块的输出端均连接；所述变焦控制电路包括均与激光控制器模块的输入端均连接的距离检测电路和透镜位置检测传感器，以及与激光控制器模块的输出端连接的电机换向H桥电路，所述直流电机与电机换向H桥电路的输出端连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器恒流源控制电路包括运算放大器U8、三极管Q5、三极管Q6、二极管D5、电容C2和开关K1，所述运算放大器U8的反相输入端通过并联的电阻R91和电阻R92接地，且通过电阻R96与运算放大器U8的输出端连接，所述运算放大器U8的同相输入端接有电阻R93和电阻R94，且通过电阻R95接地；所述电阻R93未连接运算放大器U8的一端和电阻R94未连接运算放大器U8的一端均为激光器恒流源控制电路的输入端，且与光反射探测器的输出端连接；所述三极管Q5的基极与运算放大器U8的输出端连接，所述三极管Q5的集电极与电源的输出端VCC连接，所述三极管Q5的发射极与激光器的电源正极、二极管D5的阴极、电容C2的一端和开关K1的一端连接，所述激光器的电源负极、二极管D5的阳极、电容C2的另一端和开关K1的另一端均通过电阻R97接地，所述三极管Q6的集电极通过电阻R98与电源的输出端VCC连接，所述三极管Q6的基极通过电阻R99与激光控制器模块的输出端连接，所述三极管Q6的发射极与开关K1的一端连接，所述开关K1的另一端接地。
所述距离检测电路包括距离传感器和与距离传感器连接的信号放大采样电路，所述信号放大采样电路包括运算放大器N3A和运算放大器N3B，所述运算放大器N3A的同相输入端通过电阻R44与距离传感器的输出端连接，且通过电阻R55与电源的输出端VCC连接，且通过电阻R40接地，所述运算放大器N3A的反相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器N3A的反相输入端与输出端之间接有电阻R48；所述运算放大器N3B的同相输入端通过电阻R51与运算放大器N3A的输出端连接，所述运算放大器N3B的同相输入端与电阻R51的连接端为距离检测电路的第一输出端Port AD1且通过电容C23接地；所述运算放大器N3B的反相输入端通过电容C25与同相输入端连接，且通过电阻R54与电源的输出端VCC连接，且通过电阻R47接地，所述运算放大器N3B的同相输入端与输出端之间接有电阻R58，所述运算放大器N3B的输出端接有电阻R62，所述电阻R62未与运算放大器N3B连接的一端为距离检测电路的第二输出端Port AD2且通过电容C26接地，所述距离检测电路的第一输出端Port AD1和第二输出端Port AD2均与激光控制器模块的输入端连接；
所述电机换向H桥电路包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述三极管T1的基极、三极管T2的基极、三极管T3的基极和三极管T4的基极分别与激光控制器模块的四个输出端连接，所述三极管T4的发射极和三极管T3的发射极均与二极管D8的阴极和二极管D9的阴极连接，且与电源的输出端VCC连接，且通过并联的电容C3和电容C4接地；所述三极管T1的发射极、三极管T2的发射极、二极管D6的阳极和二极管D7的阳极均接地，所述三极管T1的集电极、三极管T3的集电极、二极管D6的阴极和二极管D8的阳极连接且为电机换向H桥电路的第一输出端，所述三极管T2的集电极、三极管T4的集电极、二极管D7的阴极和二极管D9的阳极连接且为电机换向H桥电路的第二输出端，所述直流电机的两端分别与电机换向H桥电路的第一输出端和第二输出端连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述振镜驱动控制电路包括振镜驱动控制器模块以及均与振镜驱动控制器模块相接的X轴振镜角位置及转速校正电路和Y轴振镜角位置及转速校正电路，所述振镜驱动控制器模块的输入端接有角度负反馈控制电路，所述角度负反馈控制电路的输入端接有X轴振镜角度检测传感器和Y轴振镜角度检测传感器，所述振镜驱动控制器模块的输出端接有角度信号输入调节电路，所述X轴电机驱动器和Y轴电机驱动器均与角度信号输入调节电路的输出端连接。
上述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述角度信号输入调节电路包括运算放大器U5A、运算放大器U5B、运算放大器U5C和运算放大器U5D，所述运算放大器U5A的反相输入端通过电阻R21接地，所述运算放大器U5A的同相输入端通过电阻R20与振镜驱动控制器模块的输出端连接，且通过并联的电阻R23和电容C11接地，所述运算放大器U5A的反向输入端与输出端之间接有并联的电容C12和电阻R24，所述运算放大器U5A的输出端与电位器R25的一个固定端连接，所述电位器R25的另一个固定端通过电阻R26接地；所述运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R27与电位器R25的滑动端连接，所述运算放大器U5B的同相输入端接地，所述运算放大器U5B的反相输入端与输出端之间接有电阻R28，所述运算放大器U5C的反相输入端通过电阻R29与运算放大器U5B的输出端连接，所述运算放大器U5C的同相输入端接地，所述运算放大器U5C的反相输入端与输出端之间接有电阻R30，所述运算放大器U5D的反相输入端通过电阻R32与电位器R31的一个固定端连接，所述电位器R31的另一个固定端和滑动端均与运算放大器U5C的输出端连接，所述运算放大器U5D的反向输入端与输出端之间接有电容C13，所述运算放大器U5D的输出端通过电阻R33与运算放大器U5B的反相输入端连接；所述运算放大器U5A的输出端为角度信号输入调节电路的第一输出端U1，所述运算放大器U5D的输出端为角度信号输入调节电路的第二输出端U2；
所述角度负反馈控制电路包括运算放大器U6C、三极管Q7和二极管D10，所述运算放大器U6C的反相输入端通过电阻R35与电位器R34的滑动端连接，所述电位器R34的两个滑动端分别与电源的参考电压正极输出端+VREF和参考电压负极输出端-VREF连接，所述运算放大器U6C的反相输入端还通过电阻R38与电位器R36的滑动端连接，并通过电阻R37与电位器R36的一个固定端连接，通过电阻R39与电位器R36的另一个固定端连接，通过电阻R40与电源的参考电压负极输出端-VREF连接；所述电位器R36的两个固定端分别与X轴振镜角度检测传感器的输出端和Y轴振镜角度检测传感器的输出端连接；所述运算放大器U6C的反相输入端与输出端之间接有电容C15，所述二极管D10的阳极与运算放大器U6C的反相输入端连接，所述二极管D10的阴极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的基极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的集电极与电源的输出端VCC连接，所述三极管Q7的发射极接有电阻R42，所述电阻R42未与三极管Q7连接的一端为角度负反馈控制电路的输出端AGC OUT，所述角度负反馈控制电路的输出端AGC OUT与振镜驱动控制器模块的输入端连接；
所述X轴振镜角位置及转速校正电路和Y轴振镜角位置及转速校正电路的电路结构相同且均包括运算放大器U11A、运算放大器U11B、运算放大器U11C、运算放大器U12A、运算放大器U12B和运算放大器U12C，以及电位器R63、电位器R64、电位器R74、电位器R77和电位器R81；所述运算放大器U11A的同相输入端通过电阻R52与X轴电机或Y轴电机的线圈连接，且通过电阻R53接地；所述电阻R52与X轴电机或Y轴电机的线圈连接的一端通过电阻R51接地，所述运算放大器U11A的反相输入端通过电阻R54接地，所述运算放大器U11A的反相输入端与输出端之间接有电阻R55；所述运算放大器U11B的同相输入端接地，所述运算放大器U11B的反相输入端通过电阻R61与运算放大器U11A的输出端连接，所述运算放大器U11B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R62和电容C41，所述运算放大器U11B的输出端与电位器R63的一个固定端连接，所述电位器R63的另一个固定端接地，所述电位器R63的滑动端通过电容C42与电位器R64的一个固定端和滑动端连接，所述电位器R64的另一个固定端通过串联的电阻R65和电阻R66与电位器R74的滑动端连接，所述电位器R74的一个固定端接地，所述电位器R74的另一个固定端与运算放大器U12A的输出端连接；所述运算放大器U12A的同相输入端接地，所述运算放大器U12A的反相输入端接有电阻R71和电阻R72，所述电阻R71未与运算放大器U12A连接的一端和电阻R72未与运算放大器U12A连接的一端均与振镜驱动控制器模块连接，所述运算放大器U12A的反相输入端与输出端之间接有电阻R73；所述运算放大器U12C的同相输入端接地，所述运算放大器U12C的反相输入端接有电阻R78和电阻R79，所述电阻R78未与运算放大器U12C连接的一端和电阻R79未与运算放大器U12C连接的一端均与振镜驱动控制器模块连接，所述运算放大器U12C的反相输入端与输出端之间接有串联的电阻R80和电容C45，所述运算放大器U12C的输出端与电位器R81的一个固定端连接，所述电位器R81的另一个固定端接地，所述电位器R81的滑动端通过串联的电阻R68和电阻R67与电位器R77的滑动端连接，所述电阻R68和电阻R67的连接端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述电位器R77的一个固定端与接地，所述电位器R77的另一个固定端与运算放大器U12B的输出端连接；所述运算放大器U12B的同相输入端接地，所述运算放大器U12B的反相输入端接有电阻R75，所述电阻R75未与运算放大器U12B连接的一端接有电容C43，所述电容C43未与电阻R75连接的一端与振镜驱动控制器模块连接，所述运算放大器U12B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R76和电容C44；所述运算放大器U11C的同相输入端接地，所述运算放大器U11C的反相输入端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述运算放大器U11C的反相输入端与输出端之间接有电阻R69，所述运算放大器U11C的输出端为X轴振镜角位置及转速校正电路或Y轴振镜角位置及转速校正电路的输出端Uout，且与振镜驱动控制器模块连接。
本发明还公开了一种方法步骤简单、使用方便、使用效果好的适用于大型构件无损检测的激光超声检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将激光出光口对准待检测的大型构件；
步骤二、开启电源，所述光学系统和所述控制系统进入工作状态；
步骤三、所述光学系统里的激光器将电能转化为光能，发射激光束，激光束经过变焦透镜组、全反射镜和二维振镜整形后，经过激光出光口射出；
步骤四、所述控制系统中的振镜驱动控制电路对二维振镜进行控制；激光控制电路对激光器进行恒功率控制，并对激光器发射的激光束进行变焦控制；激光器温度控制电路对激光器进行温度控制；
步骤五、激光超声检测装置发出激光，激光脉冲与大型构件表面瞬时作用产生超声波检测信号，供接收检测信号的设备接收后进行大型构件无损检测。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明激光超声检测装置的结构简单，设计新颖合理，实现方便。
2、本发明光学系统和控制系统的设计，能够将原来的圆形光斑转变为矩形光幕，可提高激光束作用于被检测构件的有效作用面积，有效扩展激光激发源的横向作用范围，激光在横向范围的能量密度更加均匀。
3、本发明光学系统的设计，降低了对激光器功率大小的要求，使较小功率的激光器也可以产生较大面积的矩形激光光幕。
4、本发明将变焦技术运用在激光超声检测装置上，保持了作用于被检测构件的激光能量相对稳定，在确保激光源对构件产生检测的同时，避免因激光能量过大使构件产生烧蚀现象。
5、本发明激光器温度控制主要采用TEC技术，通过所述激光器温度控制电路的实时监控，能够保证激光器工作温度的稳定性，实现了激光超声检测装置在-10℃-40℃的范围内正常工作的目的。
6、本发明光学系统和控制系统的设计，可单次检测较大面积，有效提高了效率。
7、本发明的经济性好，通过结构的集成，再设置提手，携带方便，且保养维护简单。
8、本发明的实用性强，使用效果好，便于推广使用。
综上所述，本发明设计新颖合理，实现方便，经济性好，便于携带，保养维护简单，能量恒定，可单次检测较大面积，有效提高了效率，实用性强，使用效果好，便于推广使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明激光超声检测装置的结构示意图。
图2为本发明激光超声检测装置的内部结构示意图。
图3为本发明激光器及透镜组模块的结构示意图。
图4为本发明激光器组件和变焦透镜组的布局示意图。
图5为本发明激光器温度控制电路的电路原理框图。
图6为本发明温度采样电路的电路原理图。
图7为本发明PID控制电路的电路原理图。
图8为本发明TEC驱动电路的电路原理图。
图9为本发明激光控制电路的电路原理框图。
图10为本发明激光器恒流源控制电路的电路原理图。
图11为本发明距离检测电路的电路原理图。
图12为本发明电机换向H桥电路的电路原理图。
图13为本发明振镜驱动控制电路的电路原理框图。
图14为本发明角度信号输入调节电路的电路原理图。
图15为本发明角度负反馈控制电路的电路原理图。
图16为本发明X轴振镜角位置及转速校正电路和Y轴振镜角位置及转速校正电路的电路原理图。
附图标记说明:
1—壳体； 2—激光出光口； 5—提手；
6—提手座； 7—透镜组模块； 7-1—底板；
7-2—激光器组件； 7-21—激光器； 7-22—偏振光束镜；
7-23—衰减片； 7-24—光反射探测器； 7-25—双凹透镜；
7-26—第一平凸透镜； 7-27—平凹透镜； 7-28—第二平凸透镜；
7-29—调焦镜； 7-3—变焦透镜组； 7-4—直流电机；
8—全反射镜； 9—二维振镜； 10—振镜驱动控制板；
10-1—振镜驱动控制器模块； 10-2—角度信号输入调节电路；
10-3—角度负反馈控制电路； 10-4—X轴振镜角位置及转速校正电路；
10-5—Y轴振镜角位置及转速校正电路；
10-6—X轴振镜角度检测传感器； 10-7—Y轴振镜角度检测传感器；
11—激光器温控板； 11-1—温度控制器模块； 11-2—TEC制冷片；
11-3—温度采样电路； 11-4—PID控制电路； 11-5—TEC驱动电路；
12—Y轴驱动电路板； 12-1—Y轴电机驱动器； 13—X轴驱动电路板；
13-1—X轴电机驱动器； 14—激光控制板； 14-1—激光控制器模块；
14-2—激光器恒流源控制电路； 14-3—距离检测电路；
14-31—距离传感器； 14-4—透镜位置检测传感器；
14-5—电机换向H桥电路； 15—电源；
16—X轴电机； 17—Y轴电机。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，包括电源15、壳体1、光学系统和控制系统，所述电源15、光学系统和控制系统均设置在壳体1内，所述壳体1的前端为激光出光口2，所述壳体1的上面板上设置有提手5和两个用于固定连接所述提手5的提手座6，所述光学系统包括激光器及透镜组模块7、全反射镜8和二维振镜9，所述激光器及透镜组模块7设置在壳体1内下部中间靠前位置处，所述全反射镜8设置在激光器及透镜组模块7的前方，所述二维振镜9设置在全反射镜8的上方；如图3所示，所述激光器及透镜组模块7包括底板7-1和外壳，所述底板7-1上设置有激光器组件7-2、变焦透镜组7-3和用于带动变焦透镜组7-3中的透镜移动实现变焦的直流电机7-4；所述激光器组件7-2包括激光器7-21、设置在激光器7-21前方的偏振光束镜7-22、设置在偏振光束镜7-22下方的衰减片7-23和设置在衰减片7-23下方的光反射探测器7-24；所述二维振镜9包括X轴振镜和用于带动X轴振镜运动的X轴电机16，以及Y轴振镜和用于带动Y轴振镜运动的Y轴电机17；所述控制系统包括振镜驱动控制板10、激光器温控板11、X轴驱动电路板13、Y轴驱动电路板12和激光控制板14，所述振镜驱动控制板10上设置有振镜驱动控制电路，所述激光器温控板11上设置有激光器温度控制电路，所述X轴驱动电路板13上设置有X轴电机驱动器13-1，所述Y轴驱动电路板12上设置有Y轴电机驱动器12-1，所述X轴电机驱动器13-1和Y轴电机驱动器12-1均与所述振镜驱动控制电路连接，所述X轴电机16与X轴电机驱动器13-1连接，所述Y轴电机17与Y轴电机驱动器12-1连接，所述激光控制板14上设置有激光控制电路。
具体实施时，壳体1为其他部件提供安装支撑，还起到防尘、防水、减震和防止外力冲击以保护其他部件正常工作的作用；壳体1设计时选取的材料为航空铝6061T6+黄铜，航空铝6061T6用来加工壳体1，能满足激光超声检测装置各部件正常工作的强度和刚度要求，壳体1内各部件用黄铜作为支架以利于散热。
本实施例中，所述激光器7-21为功率大小3W、激光波长532nm的连续波LD泵浦激光器或脉冲能量可调、激光波长为1060nm的Nd:YAG脉冲激光器。
本实施例中，如图4所示，所述变焦透镜组7-3包括依次设置在偏振光束镜7-22前方的双凹透镜7-25、第一平凸透镜7-26、平凹透镜7-27、第二平凸透镜7-28和调焦镜7-29，所述直流电机7-4的输出轴通过动力传动机构与平凹透镜7-27连接。
具体实施时，所述动力传动机构为齿轮传动机构。
变焦部分如果仅仅使用单透镜进行准直扩束，无法校正光学系统本身带来的球差、像散等像差，因此本发明采用了双凹透镜7-25、第一平凸透镜7-26、平凹透镜7-27、第二平凸透镜7-28和调焦镜7-29的组合，能够消除光学系统像差，提高激光远场光束质量及激光能量均匀性。
本实施例中，如图5所示，所述激光器温度控制电路包括温度控制器模块11-1和用于为激光器7-21制冷的TEC制冷片11-2，所述温度控制器模块11-1的输入端接有用于对激光器7-21的温度进行实时采样的温度采样电路11-3，所述温度控制器模块11-1的输出端接有PID控制电路11-4，所述PID控制电路11-4的输出端接有TEC驱动电路11-5，所述TEC制冷片11-2与TEC驱动电路11-5的输出端连接。
本实施例中，如图6所示，所述温度采样电路11-3包括用于对激光器的温度进行实时检测的PT100铂热电阻和用于对PT100铂热电阻输出的温度信号进行放大、滤波和A/D转换处理的温度信号调理电路，所述温度信号调理电路包括型号均为TLC2652的运算放大器U1和运算放大器U2，以及三端稳压芯片TL431和型号为AD620的A/D转换器U3；所述PT100铂热电阻的一端接地，所述PT100铂热电阻的另一端与运算放大器U1的第3引脚和第5引脚以及运算放大器U2的第3引脚均连接，所述运算放大器U1的第2引脚和第6引脚均与三端稳压芯片TL431的第2引脚连接，所述三端稳压芯片TL431的第1引脚和第3引脚均通过电阻R1与运算放大器U1的第5引脚连接，且通过电阻R2与电源15的输出端VCC连接；所述运算放大器U2的第2引脚通过串联的电阻R3和电阻R4接地，所述运算放大器U2的第5引脚与电阻R3和电阻R4的连接端连接，且通过电阻R5与运算放大器U2的第6引脚连接，所述运算放大器U2的第6引脚与A/D转换器U3的同相输入端引脚连接，所述A/D转换器U3的同相输入端引脚和反相输入端引脚之间接有电阻R0，所述A/D转换器U3的输出端引脚为温度信号调理电路的信号输出端且与温度控制器模块11-1的输入端连接；
本实施例中，如图7所示，所述PID控制电路11-4包括型号均为LM393的比较器U4和比较器U5，所述比较器U4的反相输入端通过电阻R6与温度控制器模块11-1的输出端连接，所述比较器U5的反相输入端通过电阻R8与温度控制器模块11-1的输出端连接，所述比较器U4的同相输入端和比较器U5的同相输入端均接地，所述比较器U4的反相输入端与输出端之间接有电阻R7，所述比较器U5的反相输入端与输出端之间接有电容C1，所述比较器U4的输出端和比较器U5的输出端为PID控制电路11-4的输出端；
本实施例中，如图8所示，所述TEC驱动电路11-5包括比较器U6、比较器U7、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4，所述比较器U6的同相输入端通过电阻R9与PID控制电路11-4的输出端连接，所述比较器U6的反相输入端通过电阻R10接地，且通过电阻R11与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U6的输出端与二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接，所述三极管Q1的基极与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的基极与集电极之间接有电阻R15，所述三极管Q1的集电极与电源15的输出端VCC连接，所述三极管Q2的基极与二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的基极与集电极之间接有电阻R16，所述三极管Q2的集电极与电源15的输出端-VCC连接，所述三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接且与TEC制冷片11-2的一个电源端连接；所述比较器U7的反相输入端通过电阻R12与PID控制电路11-4的输出端连接，且通过电阻R13与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U7的同相输入端通过电阻R14接地，所述比较器U7的输出端与二极管D3的阴极和二极管D4的阳极连接，所述三极管Q3的基极与二极管D3的阳极连接，所述三极管Q3的基极与集电极之间接有电阻R17，所述三极管Q3的集电极与电源15的输出端VCC连接，所述三极管Q4的基极与二极管D4的阴极连接，所述三极管Q4的基极与集电极之间接有电阻R18，所述三极管Q4的集电极与电源15的输出端-VCC连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的发射极连接且与TEC制冷片11-2的另一个电源端连接。
激光器温度控制主要采用TEC技术，通过所述激光器温度控制电路的实时监控，能够保证激光器7-21工作温度的稳定性；其工作过程是：温度采样电路11-3实时检测温度并输出给温度控制器模块11-1，当温度过高时，温度控制器模块11-1通过PID控制电路11-4和TEC驱动电路11-5给TEC制冷片11-2正向供电，使激光器7-21温度回归到正常工作状态；当温度过低时，温度控制器模块11-1通过PID控制电路11-4和TEC驱动电路11-5给TEC制冷片11-2反相供电，进行开机前预热，以确保激光器7-21在低温下也可以正常工作。通过这样一个温控过程，实现激光超声检测装置在-10℃-40℃的范围内正常工作的目的。
本实施例中，如图9所示，所述激光控制电路包括激光控制器模块14-1、激光器恒流源控制电路14-2和变焦控制电路，所述激光器恒流源控制电路14-2与光反射探测器7-24的输出端和激光控制器模块14-1的输出端均连接；所述变焦控制电路包括均与激光控制器模块14-1的输入端均连接的距离检测电路14-3和透镜位置检测传感器14-4，以及与激光控制器模块14-1的输出端连接的电机换向H桥电路14-5，所述直流电机7-4与电机换向H桥电路14-5的输出端连接。
本实施例中，如图10所示，所述激光器恒流源控制电路14-2包括运算放大器U8、三极管Q5、三极管Q6、二极管D5、电容C2和开关K1，所述运算放大器U8的反相输入端通过并联的电阻R91和电阻R92接地，且通过电阻R96与运算放大器U8的输出端连接，所述运算放大器U8的同相输入端接有电阻R93和电阻R94，且通过电阻R95接地；所述电阻R93未连接运算放大器U8的一端和电阻R94未连接运算放大器U8的一端均为激光器恒流源控制电路14-2的输入端，且与光反射探测器7-24的输出端连接；所述三极管Q5的基极与运算放大器U8的输出端连接，所述三极管Q5的集电极与电源15的输出端VCC连接，所述三极管Q5的发射极与激光器7-21的电源正极、二极管D5的阴极、电容C2的一端和开关K1的一端连接，所述激光器7-21的电源负极、二极管D5的阳极、电容C2的另一端和开关K1的另一端均通过电阻R97接地，所述三极管Q6的集电极通过电阻R98与电源15的输出端VCC连接，所述三极管Q6的基极通过电阻R99与激光控制器模块14-1的输出端连接，所述三极管Q6的发射极与开关K1的一端连接，所述开关K1的另一端接地。
本实施例中，如图11所示，所述距离检测电路14-3包括距离传感器14-31和与距离传感器14-31连接的信号放大采样电路，所述信号放大采样电路包括运算放大器N3A和运算放大器N3B，所述运算放大器N3A的同相输入端通过电阻R44与距离传感器14-31的输出端连接，且通过电阻R55与电源15的输出端VCC连接，且通过电阻R40接地，所述运算放大器N3A的反相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器N3A的反相输入端与输出端之间接有电阻R48；所述运算放大器N3B的同相输入端通过电阻R51与运算放大器N3A的输出端连接，所述运算放大器N3B的同相输入端与电阻R51的连接端为距离检测电路14-3的第一输出端PortAD1且通过电容C23接地；所述运算放大器N3B的反相输入端通过电容C25与同相输入端连接，且通过电阻R54与电源15的输出端VCC连接，且通过电阻R47接地，所述运算放大器N3B的同相输入端与输出端之间接有电阻R58，所述运算放大器N3B的输出端接有电阻R62，所述电阻R62未与运算放大器N3B连接的一端为距离检测电路14-3的第二输出端Port AD2且通过电容C26接地，所述距离检测电路14-3的第一输出端Port AD1和第二输出端Port AD2均与激光控制器模块14-1的输入端连接；
本实施例中，如图12所示，所述电机换向H桥电路14-5包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述三极管T1的基极、三极管T2的基极、三极管T3的基极和三极管T4的基极分别与激光控制器模块14-1的四个输出端连接，所述三极管T4的发射极和三极管T3的发射极均与二极管D8的阴极和二极管D9的阴极连接，且与电源15的输出端VCC连接，且通过并联的电容C3和电容C4接地；所述三极管T1的发射极、三极管T2的发射极、二极管D6的阳极和二极管D7的阳极均接地，所述三极管T1的集电极、三极管T3的集电极、二极管D6的阴极和二极管D8的阳极连接且为电机换向H桥电路14-5的第一输出端，所述三极管T2的集电极、三极管T4的集电极、二极管D7的阴极和二极管D9的阳极连接且为电机换向H桥电路14-5的第二输出端，所述直流电机7-4的两端分别与电机换向H桥电路14-5的第一输出端和第二输出端连接。
实际使用过程中，激光器7-21发射的一部分激光能量(5％)由偏振光束镜7-22反射并由衰减片7-23衰减后作用在光反射探测器7-24上，光反射探测器7-24将光信号转变为电信号并输出给激光器恒流源控制电路14-2，出射光光强发生变化时，输出电流也会发生变化，激光器恒流源控制电路14-2根据输出电流变化调整输入激光器7-21的电流大小，完成激光器7-21功率的恒定输出。同时，激光控制器模块14-1根据距离检测电路14-3检测的距离信息，通过电机换向H桥电路14-5控制直流电机7-4正反转，直流电机7-4带动平凹透镜7-27运动进行调焦，实现变焦控制，并根据透镜位置检测传感器14-4反馈的透镜位置信息对直流电机7-4进行位置校正，能够使得激光超声检测装置终点处光斑大小始终在恒定范围内(直径为360mm)，并确保激光源对构件产生检测的同时，避免因激光能量过大使构件产生烧蚀现象。
本实施例中，如图13所示，所述振镜驱动控制电路包括振镜驱动控制器模块10-1以及均与振镜驱动控制器模块10-1相接的X轴振镜角位置及转速校正电路10-4和Y轴振镜角位置及转速校正电路10-5，所述振镜驱动控制器模块10-1的输入端接有角度负反馈控制电路10-3，所述角度负反馈控制电路10-3的输入端接有X轴振镜角度检测传感器10-6和Y轴振镜角度检测传感器10-7，所述振镜驱动控制器模块10-1的输出端接有角度信号输入调节电路10-2，所述X轴电机驱动器13-1和Y轴电机驱动器12-1均与角度信号输入调节电路10-2的输出端连接。
通过所述振镜驱动控制电路，能够使作用在被检测构件上的光幕大小保持不变，使激光超声检测装置有恒定的作用范围。
本实施例中，如图14所示，所述角度信号输入调节电路10-2包括运算放大器U5A、运算放大器U5B、运算放大器U5C和运算放大器U5D，所述运算放大器U5A的反相输入端通过电阻R21接地，所述运算放大器U5A的同相输入端通过电阻R20与振镜驱动控制器模块10-1的输出端连接，且通过并联的电阻R23和电容C11接地，所述运算放大器U5A的反向输入端与输出端之间接有并联的电容C12和电阻R24，所述运算放大器U5A的输出端与电位器R25的一个固定端连接，所述电位器R25的另一个固定端通过电阻R26接地；所述运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R27与电位器R25的滑动端连接，所述运算放大器U5B的同相输入端接地，所述运算放大器U5B的反相输入端与输出端之间接有电阻R28，所述运算放大器U5C的反相输入端通过电阻R29与运算放大器U5B的输出端连接，所述运算放大器U5C的同相输入端接地，所述运算放大器U5C的反相输入端与输出端之间接有电阻R30，所述运算放大器U5D的反相输入端通过电阻R32与电位器R31的一个固定端连接，所述电位器R31的另一个固定端和滑动端均与运算放大器U5C的输出端连接，所述运算放大器U5D的反向输入端与输出端之间接有电容C13，所述运算放大器U5D的输出端通过电阻R33与运算放大器U5B的反相输入端连接；所述运算放大器U5A的输出端为角度信号输入调节电路10-2的第一输出端U1，所述运算放大器U5D的输出端为角度信号输入调节电路10-2的第二输出端U2；
其中，运算放大器U5A为低通滤波器，运算放大器U5B和运算放大器U5C组成了两级放大,运算放大器U5D为积分电路，输入信号稳定时，电容C13相当于开路，运算放大器U5B、运算放大器U5C、运算放大器U5D和电阻R33组成了负反馈运算放大电路。所述角度信号输入调节电路10-2根据振镜驱动控制器模块10-1输出的信号控制X轴电机驱动器13-1和Y轴电机驱动器12-1。
本实施例中，如图15所示，所述角度负反馈控制电路10-3包括运算放大器U6C、三极管Q7和二极管D10，所述运算放大器U6C的反相输入端通过电阻R35与电位器R34的滑动端连接，所述电位器R34的两个滑动端分别与电源15的参考电压正极输出端+VREF和参考电压负极输出端-VREF连接，所述运算放大器U6C的反相输入端还通过电阻R38与电位器R36的滑动端连接，并通过电阻R37与电位器R36的一个固定端连接，通过电阻R39与电位器R36的另一个固定端连接，通过电阻R40与电源15的参考电压负极输出端-VREF连接；所述电位器R36的两个固定端分别与X轴振镜角度检测传感器10-6的输出端和Y轴振镜角度检测传感器10-7的输出端连接；所述运算放大器U6C的反相输入端与输出端之间接有电容C15，所述二极管D10的阳极与运算放大器U6C的反相输入端连接，所述二极管D10的阴极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的基极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的集电极与电源15的输出端VCC连接，所述三极管Q7的发射极接有电阻R42，所述电阻R42未与三极管Q7连接的一端为角度负反馈控制电路10-3的输出端AGC OUT，所述角度负反馈控制电路10-3的输出端AGC OUT与振镜驱动控制器模块10-1的输入端连接；
调节电位器R34，就可以改变电路输出电压，从而调节扫描角度位置；一般角度位置随电压改变为0.5V/机械转角，角度反馈信号不超过±10V。
本实施例中，如图16所示，所述X轴振镜角位置及转速校正电路10-4和Y轴振镜角位置及转速校正电路10-5的电路结构相同且均包括运算放大器U11A、运算放大器U11B、运算放大器U11C、运算放大器U12A、运算放大器U12B和运算放大器U12C，以及电位器R63、电位器R64、电位器R74、电位器R77和电位器R81；所述运算放大器U11A的同相输入端通过电阻R52与X轴电机16或Y轴电机17的线圈连接，且通过电阻R53接地；所述电阻R52与X轴电机16或Y轴电机17的线圈连接的一端通过电阻R51接地，所述运算放大器U11A的反相输入端通过电阻R54接地，所述运算放大器U11A的反相输入端与输出端之间接有电阻R55；所述运算放大器U11B的同相输入端接地，所述运算放大器U11B的反相输入端通过电阻R61与运算放大器U11A的输出端连接，所述运算放大器U11B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R62和电容C41，所述运算放大器U11B的输出端与电位器R63的一个固定端连接，所述电位器R63的另一个固定端接地，所述电位器R63的滑动端通过电容C42与电位器R64的一个固定端和滑动端连接，所述电位器R64的另一个固定端通过串联的电阻R65和电阻R66与电位器R74的滑动端连接，所述电位器R74的一个固定端接地，所述电位器R74的另一个固定端与运算放大器U12A的输出端连接；所述运算放大器U12A的同相输入端接地，所述运算放大器U12A的反相输入端接有电阻R71和电阻R72，所述电阻R71未与运算放大器U12A连接的一端和电阻R72未与运算放大器U12A连接的一端均与振镜驱动控制器模块10-1连接，所述运算放大器U12A的反相输入端与输出端之间接有电阻R73；所述运算放大器U12C的同相输入端接地，所述运算放大器U12C的反相输入端接有电阻R78和电阻R79，所述电阻R78未与运算放大器U12C连接的一端和电阻R79未与运算放大器U12C连接的一端均与振镜驱动控制器模块10-1连接，所述运算放大器U12C的反相输入端与输出端之间接有串联的电阻R80和电容C45，所述运算放大器U12C的输出端与电位器R81的一个固定端连接，所述电位器R81的另一个固定端接地，所述电位器R81的滑动端通过串联的电阻R68和电阻R67与电位器R77的滑动端连接，所述电阻R68和电阻R67的连接端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述电位器R77的一个固定端与接地，所述电位器R77的另一个固定端与运算放大器U12B的输出端连接；所述运算放大器U12B的同相输入端接地，所述运算放大器U12B的反相输入端接有电阻R75，所述电阻R75未与运算放大器U12B连接的一端接有电容C43，所述电容C43未与电阻R75连接的一端与振镜驱动控制器模块10-1连接，所述运算放大器U12B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R76和电容C44；所述运算放大器U11C的同相输入端接地，所述运算放大器U11C的反相输入端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述运算放大器U11C的反相输入端与输出端之间接有电阻R69，所述运算放大器U11C的输出端为X轴振镜角位置及转速校正电路10-4或Y轴振镜角位置及转速校正电路10-5的输出端Uout，且与振镜驱动控制器模块10-1连接。
所述运算放大器U11A为第一部分，所述运算放大器U12A为第二部分，所述运算放大器U12C为第三部分，所述运算放大器U12B为第四部分。第一部分为将X轴电机16或Y轴电机17的线圈电流信号变换为电压信号的转换电路，第二部分、第三部分和第四部分为对角位置进行校正的P、I、D校正电路，运算放大器U11B将电压信号转换为电机转速信号，经运算放大器U11C输出转速微分信号；运算放大器U11C实现对转速求微分并对第二部分、第三部分和第四部分的反馈量和电机转速信号求和放大。
具体实施时，所述温度控制器模块11-1、激光控制器模块14-1和振镜驱动控制器模块10-1采用单片机。
本发明的适用于大型构件无损检测的激光超声检测方法，包括以下步骤：
步骤一、将激光出光口2对准待检测的大型构件；
步骤二、开启电源15，所述光学系统和所述控制系统进入工作状态；
步骤三、所述光学系统里的激光器7-21将电能转化为光能，发射激光束，激光束经过变焦透镜组7-3、全反射镜8和二维振镜9整形后，经过激光出光口2射出；
步骤四、所述控制系统中的振镜驱动控制电路对二维振镜9进行控制；激光控制电路对激光器7-21进行恒功率控制，并对激光器7-21发射的激光束进行变焦控制；激光器温度控制电路对激光器7-21进行温度控制；
步骤五、激光超声检测装置发出激光，激光脉冲与大型构件表面瞬时作用产生超声波检测信号，供接收检测信号的设备接收后进行大型构件无损检测。
综上所述，本发明能够将原来的圆形光斑转变为矩形光幕，可提高激光束作用于被检测构件的有效作用面积，有效扩展激光激发源的横向作用范围，激光在横向范围的能量密度更加均匀；可单次检测较大面积，有效提高了效率。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (10)
1.一种适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：包括电源(15)、壳体(1)、光学系统和控制系统，所述电源(15)、光学系统和控制系统均设置在壳体(1)内，所述壳体(1)的前端为激光出光口(2)，所述壳体(1)的上面板上设置有提手(5)和两个用于固定连接所述提手(5)的提手座(6)，所述光学系统包括激光器及透镜组模块(7)、全反射镜(8)和二维振镜(9)，所述激光器及透镜组模块(7)设置在壳体(1)内下部中间靠前位置处，所述全反射镜(8)设置在激光器及透镜组模块(7)的前方，所述二维振镜(9)设置在全反射镜(8)的上方；所述激光器及透镜组模块(7)包括底板(7-1)和外壳，所述底板(7-1)上设置有激光器组件(7-2)、变焦透镜组(7-3)和用于带动变焦透镜组(7-3)中的透镜移动实现变焦的直流电机(7-4)；所述激光器组件(7-2)包括激光器(7-21)、设置在激光器(7-21)前方的偏振光束镜(7-22)、设置在偏振光束镜(7-22)下方的衰减片(7-23)和设置在衰减片(7-23)下方的光反射探测器(7-24)；所述二维振镜(9)包括X轴振镜和用于带动X轴振镜运动的X轴电机(16)，以及Y轴振镜和用于带动Y轴振镜运动的Y轴电机(17)；所述控制系统包括振镜驱动控制板(10)、激光器温控板(11)、X轴驱动电路板(13)、Y轴驱动电路板(12)和激光控制板(14)，所述振镜驱动控制板(10)上设置有振镜驱动控制电路，所述激光器温控板(11)上设置有激光器温度控制电路，所述X轴驱动电路板(13)上设置有X轴电机驱动器(13-1)，所述Y轴驱动电路板(12)上设置有Y轴电机驱动器(12-1)，所述X轴电机驱动器(13-1)和Y轴电机驱动器(12-1)均与所述振镜驱动控制电路连接，所述X轴电机(16)与X轴电机驱动器(13-1)连接，所述Y轴电机(17)与Y轴电机驱动器(12-1)连接，所述激光控制板(14)上设置有激光控制电路。
2.按照权利要求1所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器(7-21)为功率大小3W、激光波长532nm的连续波LD泵浦激光器或脉冲能量可调、激光波长为1060nm的Nd:YAG脉冲激光器。
3.按照权利要求1所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述变焦透镜组(7-3)包括依次设置在偏振光束镜(7-22)前方的双凹透镜(7-25)、第一平凸透镜(7-26)、平凹透镜(7-27)、第二平凸透镜(7-28)和调焦镜(7-29)，所述直流电机(7-4)的输出轴通过动力传动机构与平凹透镜(7-27)连接。
4.按照权利要求1所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器温度控制电路包括温度控制器模块(11-1)和用于为激光器(7-21)制冷的TEC制冷片(11-2)，所述温度控制器模块(11-1)的输入端接有用于对激光器(7-21)的温度进行实时采样的温度采样电路(11-3)，所述温度控制器模块(11-1)的输出端接有PID控制电路(11-4)，所述PID控制电路(11-4)的输出端接有TEC驱动电路(11-5)，所述TEC制冷片(11-2)与TEC驱动电路(11-5)的输出端连接。
5.按照权利要求4所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述温度采样电路(11-3)包括用于对激光器的温度进行实时检测的PT100铂热电阻和用于对PT100铂热电阻输出的温度信号进行放大、滤波和A/D转换处理的温度信号调理电路，所述温度信号调理电路包括型号均为TLC2652的运算放大器U1和运算放大器U2，以及三端稳压芯片TL431和型号为AD620的A/D转换器U3；所述PT100铂热电阻的一端接地，所述PT100铂热电阻的另一端与运算放大器U1的第3引脚和第5引脚以及运算放大器U2的第3引脚均连接，所述运算放大器U1的第2引脚和第6引脚均与三端稳压芯片TL431的第2引脚连接，所述三端稳压芯片TL431的第1引脚和第3引脚均通过电阻R1与运算放大器U1的第5引脚连接，且通过电阻R2与电源(15)的输出端VCC连接；所述运算放大器U2的第2引脚通过串联的电阻R3和电阻R4接地，所述运算放大器U2的第5引脚与电阻R3和电阻R4的连接端连接，且通过电阻R5与运算放大器U2的第6引脚连接，所述运算放大器U2的第6引脚与A/D转换器U3的同相输入端引脚连接，所述A/D转换器U3的同相输入端引脚和反相输入端引脚之间接有电阻R0，所述A/D转换器U3的输出端引脚为温度信号调理电路的信号输出端且与温度控制器模块(11-1)的输入端连接；
所述PID控制电路(11-4)包括型号均为LM393的比较器U4和比较器U5，所述比较器U4的反相输入端通过电阻R6与温度控制器模块(11-1)的输出端连接，所述比较器U5的反相输入端通过电阻R8与温度控制器模块(11-1)的输出端连接，所述比较器U4的同相输入端和比较器U5的同相输入端均接地，所述比较器U4的反相输入端与输出端之间接有电阻R7，所述比较器U5的反相输入端与输出端之间接有电容C1，所述比较器U4的输出端和比较器U5的输出端为PID控制电路(11-4)的输出端；
所述TEC驱动电路(11-5)包括比较器U6、比较器U7、二极管D1、二极管D2、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3和三极管Q4，所述比较器U6的同相输入端通过电阻R9与PID控制电路(11-4)的输出端连接，所述比较器U6的反相输入端通过电阻R10接地，且通过电阻R11与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U6的输出端与二极管D1的阴极和二极管D2的阳极连接，所述三极管Q1的基极与二极管D1的阳极连接，所述三极管Q1的基极与集电极之间接有电阻R15，所述三极管Q1的集电极与电源(15)的输出端VCC连接，所述三极管Q2的基极与二极管D2的阴极连接，所述三极管Q2的基极与集电极之间接有电阻R16，所述三极管Q2的集电极与电源(15)的输出端-VCC连接，所述三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射极连接且与TEC制冷片(11-2)的一个电源端连接；所述比较器U7的反相输入端通过电阻R12与PID控制电路(11-4)的输出端连接，且通过电阻R13与所述比较器U6的输出端连接，所述比较器U7的同相输入端通过电阻R14接地，所述比较器U7的输出端与二极管D3的阴极和二极管D4的阳极连接，所述三极管Q3的基极与二极管D3的阳极连接，所述三极管Q3的基极与集电极之间接有电阻R17，所述三极管Q3的集电极与电源(15)的输出端VCC连接，所述三极管Q4的基极与二极管D4的阴极连接，所述三极管Q4的基极与集电极之间接有电阻R18，所述三极管Q4的集电极与电源(15)的输出端-VCC连接，所述三极管Q3的发射极与三极管Q4的发射极连接且与TEC制冷片(11-2)的另一个电源端连接。
6.按照权利要求1所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光控制电路包括激光控制器模块(14-1)、激光器恒流源控制电路(14-2)和变焦控制电路，所述激光器恒流源控制电路(14-2)与光反射探测器(7-24)的输出端和激光控制器模块(14-1)的输出端均连接；所述变焦控制电路包括均与激光控制器模块(14-1)的输入端均连接的距离检测电路(14-3)和透镜位置检测传感器(14-4)，以及与激光控制器模块(14-1)的输出端连接的电机换向H桥电路(14-5)，所述直流电机(7-4)与电机换向H桥电路(14-5)的输出端连接。
7.按照权利要求6所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述激光器恒流源控制电路(14-2)包括运算放大器U8、三极管Q5、三极管Q6、二极管D5、电容C2和开关K1，所述运算放大器U8的反相输入端通过并联的电阻R91和电阻R92接地，且通过电阻R96与运算放大器U8的输出端连接，所述运算放大器U8的同相输入端接有电阻R93和电阻R94，且通过电阻R95接地；所述电阻R93未连接运算放大器U8的一端和电阻R94未连接运算放大器U8的一端均为激光器恒流源控制电路(14-2)的输入端，且与光反射探测器(7-24)的输出端连接；所述三极管Q5的基极与运算放大器U8的输出端连接，所述三极管Q5的集电极与电源(15)的输出端VCC连接，所述三极管Q5的发射极与激光器(7-21)的电源正极、二极管D5的阴极、电容C2的一端和开关K1的一端连接，所述激光器(7-21)的电源负极、二极管D5的阳极、电容C2的另一端和开关K1的另一端均通过电阻R97接地，所述三极管Q6的集电极通过电阻R98与电源(15)的输出端VCC连接，所述三极管Q6的基极通过电阻R99与激光控制器模块(14-1)的输出端连接，所述三极管Q6的发射极与开关K1的一端连接，所述开关K1的另一端接地；
所述距离检测电路(14-3)包括距离传感器(14-31)和与距离传感器(14-31)连接的信号放大采样电路，所述信号放大采样电路包括运算放大器N3A和运算放大器N3B，所述运算放大器N3A的同相输入端通过电阻R44与距离传感器(14-31)的输出端连接，且通过电阻R55与电源(15)的输出端VCC连接，且通过电阻R40接地，所述运算放大器N3A的反相输入端通过电阻R45接地，所述运算放大器N3A的反相输入端与输出端之间接有电阻R48；所述运算放大器N3B的同相输入端通过电阻R51与运算放大器N3A的输出端连接，所述运算放大器N3B的同相输入端与电阻R51的连接端为距离检测电路(14-3)的第一输出端Port AD1且通过电容C23接地；所述运算放大器N3B的反相输入端通过电容C25与同相输入端连接，且通过电阻R54与电源(15)的输出端VCC连接，且通过电阻R47接地，所述运算放大器N3B的同相输入端与输出端之间接有电阻R58，所述运算放大器N3B的输出端接有电阻R62，所述电阻R62未与运算放大器N3B连接的一端为距离检测电路(14-3)的第二输出端Port AD2且通过电容C26接地，所述距离检测电路(14-3)的第一输出端Port AD1和第二输出端Port AD2均与激光控制器模块(14-1)的输入端连接；
所述电机换向H桥电路(14-5)包括三极管T1、三极管T2、三极管T3、三极管T4、二极管D6、二极管D7、二极管D8和二极管D9，所述三极管T1的基极、三极管T2的基极、三极管T3的基极和三极管T4的基极分别与激光控制器模块(14-1)的四个输出端连接，所述三极管T4的发射极和三极管T3的发射极均与二极管D8的阴极和二极管D9的阴极连接，且与电源(15)的输出端VCC连接，且通过并联的电容C3和电容C4接地；所述三极管T1的发射极、三极管T2的发射极、二极管D6的阳极和二极管D7的阳极均接地，所述三极管T1的集电极、三极管T3的集电极、二极管D6的阴极和二极管D8的阳极连接且为电机换向H桥电路(14-5)的第一输出端，所述三极管T2的集电极、三极管T4的集电极、二极管D7的阴极和二极管D9的阳极连接且为电机换向H桥电路(14-5)的第二输出端，所述直流电机(7-4)的两端分别与电机换向H桥电路(14-5)的第一输出端和第二输出端连接。
8.按照权利要求1所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述振镜驱动控制电路包括振镜驱动控制器模块(10-1)以及均与振镜驱动控制器模块(10-1)相接的X轴振镜角位置及转速校正电路(10-4)和Y轴振镜角位置及转速校正电路(10-5)，所述振镜驱动控制器模块(10-1)的输入端接有角度负反馈控制电路(10-3)，所述角度负反馈控制电路(10-3)的输入端接有X轴振镜角度检测传感器(10-6)和Y轴振镜角度检测传感器(10-7)，所述振镜驱动控制器模块(10-1)的输出端接有角度信号输入调节电路(10-2)，所述X轴电机驱动器(13-1)和Y轴电机驱动器(12-1)均与角度信号输入调节电路(10-2)的输出端连接。
9.按照权利要求8所述的适用于大型构件无损检测的激光超声检测装置，其特征在于：所述角度信号输入调节电路(10-2)包括运算放大器U5A、运算放大器U5B、运算放大器U5C和运算放大器U5D，所述运算放大器U5A的反相输入端通过电阻R21接地，所述运算放大器U5A的同相输入端通过电阻R20与振镜驱动控制器模块(10-1)的输出端连接，且通过并联的电阻R23和电容C11接地，所述运算放大器U5A的反向输入端与输出端之间接有并联的电容C12和电阻R24，所述运算放大器U5A的输出端与电位器R25的一个固定端连接，所述电位器R25的另一个固定端通过电阻R26接地；所述运算放大器U5B的反相输入端通过电阻R27与电位器R25的滑动端连接，所述运算放大器U5B的同相输入端接地，所述运算放大器U5B的反相输入端与输出端之间接有电阻R28，所述运算放大器U5C的反相输入端通过电阻R29与运算放大器U5B的输出端连接，所述运算放大器U5C的同相输入端接地，所述运算放大器U5C的反相输入端与输出端之间接有电阻R30，所述运算放大器U5D的反相输入端通过电阻R32与电位器R31的一个固定端连接，所述电位器R31的另一个固定端和滑动端均与运算放大器U5C的输出端连接，所述运算放大器U5D的反向输入端与输出端之间接有电容C13，所述运算放大器U5D的输出端通过电阻R33与运算放大器U5B的反相输入端连接；所述运算放大器U5A的输出端为角度信号输入调节电路(10-2)的第一输出端U1，所述运算放大器U5D的输出端为角度信号输入调节电路(10-2)的第二输出端U2；
所述角度负反馈控制电路(10-3)包括运算放大器U6C、三极管Q7和二极管D10，所述运算放大器U6C的反相输入端通过电阻R35与电位器R34的滑动端连接，所述电位器R34的两个滑动端分别与电源(15)的参考电压正极输出端+VREF和参考电压负极输出端-VREF连接，所述运算放大器U6C的反相输入端还通过电阻R38与电位器R36的滑动端连接，并通过电阻R37与电位器R36的一个固定端连接，通过电阻R39与电位器R36的另一个固定端连接，通过电阻R40与电源(15)的参考电压负极输出端-VREF连接；所述电位器R36的两个固定端分别与X轴振镜角度检测传感器(10-6)的输出端和Y轴振镜角度检测传感器(10-7)的输出端连接；所述运算放大器U6C的反相输入端与输出端之间接有电容C15，所述二极管D10的阳极与运算放大器U6C的反相输入端连接，所述二极管D10的阴极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的基极与运算放大器U6C的输出端连接，所述三极管Q7的集电极与电源(15)的输出端VCC连接，所述三极管Q7的发射极接有电阻R42，所述电阻R42未与三极管Q7连接的一端为角度负反馈控制电路(10-3)的输出端AGC OUT，所述角度负反馈控制电路(10-3)的输出端AGC OUT与振镜驱动控制器模块(10-1)的输入端连接；
所述X轴振镜角位置及转速校正电路(10-4)和Y轴振镜角位置及转速校正电路(10-5)的电路结构相同且均包括运算放大器U11A、运算放大器U11B、运算放大器U11C、运算放大器U12A、运算放大器U12B和运算放大器U12C，以及电位器R63、电位器R64、电位器R74、电位器R77和电位器R81；所述运算放大器U11A的同相输入端通过电阻R52与X轴电机(16)或Y轴电机(17)的线圈连接，且通过电阻R53接地；所述电阻R52与X轴电机(16)或Y轴电机(17)的线圈连接的一端通过电阻R51接地，所述运算放大器U11A的反相输入端通过电阻R54接地，所述运算放大器U11A的反相输入端与输出端之间接有电阻R55；所述运算放大器U11B的同相输入端接地，所述运算放大器U11B的反相输入端通过电阻R61与运算放大器U11A的输出端连接，所述运算放大器U11B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R62和电容C41，所述运算放大器U11B的输出端与电位器R63的一个固定端连接，所述电位器R63的另一个固定端接地，所述电位器R63的滑动端通过电容C42与电位器R64的一个固定端和滑动端连接，所述电位器R64的另一个固定端通过串联的电阻R65和电阻R66与电位器R74的滑动端连接，所述电位器R74的一个固定端接地，所述电位器R74的另一个固定端与运算放大器U12A的输出端连接；所述运算放大器U12A的同相输入端接地，所述运算放大器U12A的反相输入端接有电阻R71和电阻R72，所述电阻R71未与运算放大器U12A连接的一端和电阻R72未与运算放大器U12A连接的一端均与振镜驱动控制器模块(10-1)连接，所述运算放大器U12A的反相输入端与输出端之间接有电阻R73；所述运算放大器U12C的同相输入端接地，所述运算放大器U12C的反相输入端接有电阻R78和电阻R79，所述电阻R78未与运算放大器U12C连接的一端和电阻R79未与运算放大器U12C连接的一端均与振镜驱动控制器模块(10-1)连接，所述运算放大器U12C的反相输入端与输出端之间接有串联的电阻R80和电容C45，所述运算放大器U12C的输出端与电位器R81的一个固定端连接，所述电位器R81的另一个固定端接地，所述电位器R81的滑动端通过串联的电阻R68和电阻R67与电位器R77的滑动端连接，所述电阻R68和电阻R67的连接端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述电位器R77的一个固定端与接地，所述电位器R77的另一个固定端与运算放大器U12B的输出端连接；所述运算放大器U12B的同相输入端接地，所述运算放大器U12B的反相输入端接有电阻R75，所述电阻R75未与运算放大器U12B连接的一端接有电容C43，所述电容C43未与电阻R75连接的一端与振镜驱动控制器模块(10-1)连接，所述运算放大器U12B的反相输入端与输出端之间接有并联的电阻R76和电容C44；所述运算放大器U11C的同相输入端接地，所述运算放大器U11C的反相输入端与电阻R65和电阻R66的连接端连接，所述运算放大器U11C的反相输入端与输出端之间接有电阻R69，所述运算放大器U11C的输出端为X轴振镜角位置及转速校正电路(10-4)或Y轴振镜角位置及转速校正电路(10-5)的输出端Uout，且与振镜驱动控制器模块(10-1)连接。
10.一种采用如权利要求1所述激光超声检测装置进行大型构件无损检测的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤一、将激光出光口(2)对准待检测的大型构件；
步骤二、开启电源(15)，所述光学系统和所述控制系统进入工作状态；
步骤三、所述光学系统里的激光器(7-21)将电能转化为光能，发射激光束，激光束经过变焦透镜组(7-3)、全反射镜(8)和二维振镜(9)整形后，经过激光出光口(2)射出；
步骤四、所述控制系统中的振镜驱动控制电路对二维振镜(9)进行控制；激光控制电路对激光器(7-21)进行恒功率控制，并对激光器(7-21)发射的激光束进行变焦控制；激光器温度控制电路对激光器(7-21)进行温度控制；
步骤五、激光超声检测装置发出激光，激光脉冲与大型构件表面瞬时作用产生超声波检测信号，供接收检测信号的设备接收后进行大型构件无损检测。
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