CN109211975A - 纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置及方法，所述装置包括调制器、第二扩束整形镜、红外热像仪，所述计算机与双通道函数发生器连接；双通道函数发生器分别与第一RF驱动源、第二RF驱动源连接；第一RF驱动源与第一声光调制器连接，第一声光调制器与第一扩束整形镜连接；第二RF驱动源与第二声光调制器连接，第二声光调制器与第二扩束整形镜连接；计算机与激光器连接，激光器与放大器连接，放大器与光纤分束镜连接；光纤分束镜分别与第一声光调制器、第二声光调制器相连；计算机与红外热像仪相连。本发明能够显著提高红外热波特征图像的信噪比，进而提高红外热波检测技术的探测能力。

Description

纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消 干涉检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种检测纤维金属层板缺陷的装置及方法，具体涉及一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置及方法。

背景技术

纤维金属层板（Fiber Metal Laminates，FMLs）是一种由金属层（铝合金、铝锂合金、钛合金等）和纤维复合材料层（玻璃纤维、碳纤维、石墨纤维等）交替铺设后，在一定温度和压力下固化而成的层间混杂复合材料。FMLs具有优异的疲劳损伤容限性能、耐冲击、耐腐蚀、高阻燃性以及易加工成型等优点，是航空航天工业中备受青睐的先进复合材料，尤其在飞机蒙皮、机翼前缘、整流罩等对冲击及疲劳性能有较高要求的关键结构中得到广泛应用。此外，随着汽车及轨道交通等工业对材料损伤容限能力和轻量化程度的要求越来越高，对FMLs类材料的需求也日益迫切。在FMLs及其构件制备和服役过程中，由于纤维径向和纵向热膨胀系数不同、破坏应变小、纤维层与金属层热性能差异大等因素影响，使其易产生基体开裂、纤维断裂、纤维-基体脱粘等缺陷。这些缺陷和损伤将会对FMLs的质量、性能和使用寿命产生直接影响，甚至对使用该材料的航空航天器等运行安全和可靠性构成严重威胁。因此，在FMLs生产及其构件服役过程中对其缺陷和损伤情况进行检测、分析与评价非常必要。

发明内容

本发明的目的是提供一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置及方法，将相干探测技术与线性调频技术相结合，增加激光器发射信号的带宽，并同时利用相干激光激励作用下的热波相位相消效应，显著提高红外热波特征图像的信噪比，进而提高红外热波检测技术的探测能力。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置，包括计算机、激光器、放大器、光纤分束器、双通道函数发生器、第一RF驱动源、第一声光调制器、第一扩束整形镜、第二RF驱动源、第二声光调制器、第二扩束整形镜、红外热像仪，其中：

所述计算机与双通道函数发生器相连接；

所述双通道函数发生器分别与第一RF驱动源、第二RF驱动源相连接；

所述第一RF驱动源与第一声光调制器相连接，第一声光调制器与第一扩束整形镜相连接；

所述第二RF驱动源与第二声光调制器相连接，第二声光调制器与第二扩束整形镜相连接；

所述计算机与激光器相连接，激光器与放大器相连接，放大器与光纤分束镜相连接；

所述光纤分束镜分别与第一声光调制器、第二声光调制器相连接；

所述计算机与红外热像仪相连接。

一种利用上述装置进行纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测的方法，包括如下步骤：

S1、装夹好待测纤维金属层板试件，使之距离红外热像仪镜头正前方30~50mm；

S2、连接所有线路，打开除激光器外的其他所有器件电源；

S3、在计算机上打开红外热像仪操作界面，实现计算机、红外热像仪之间通信；

S4、调节红外热像仪焦距，直至计算机屏幕上显示出清晰的红外图像；

S5、调节第一扩束整形镜、第二扩束整形镜，使两者的光斑交叉重叠投射至被测试件表面，光斑大小以正好覆盖待测纤维金属层板试件表面为宜；

S6、在计算机中输入并确定调频信号，调频信号输出至双通道函数发生器，在双通道函数发生器中再次确定调频信号；

S7、打开激光器电源，激光器输出信号通过放大器到光纤分束器分别与第一RF驱动源、第二RF驱动源输出信号同时会聚于第一声光调制器、第二声光调制器，第一声光调制器、第二声光调制器分别通过第一扩束整形镜、第二扩束整形镜输出不同的功率作用于待测纤维金属层板试件；

S8、在计算机中的红外热像仪操作界面上启动红外热像仪，开始采集红外热图信息；

S9、对采集到的热图进行图像处理，从而获得纤维金属层板中缺陷的相关信息。

本发明具有如下优点：

1、本发明线性调频脉冲激光作用于纤维金属层板诱导热波检测方法采用多个频率同时对构件进行激励，既可实现多个热扩散深度，有利于提高探测缺陷的深度范围，又可降低对激光器和红外热像仪的性能要求；

2、本发明将相干探测技术与线性调频脉冲技术相结合，采用两束振幅、频率相同，相位相差±π的激光束同时对构件进行激励，缺陷处将对激光相消干涉情况表现出很强的敏感性，故可根据缺陷对相消干涉的干扰程度，实现对缺陷特征的判定与识别。

附图说明

图1为本发明纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测原理图；

图2为基于线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测构件表面温度场分布情况。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供了一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置，如图1所示，所示装置由计算机1、第一信号线2、双通道函数发生器3、第二信号线4、第三信号线5、第一RF驱动源6、第四信号线7、第十一信号线8、第一声光调制器9、第一扩束整形镜10、第二声光调制器11、第五信号线12、第十二信号线13、第二扩束整形镜14、第二RF驱动源15第六信号线16、激光器17、第七信号线18、放大器19、第八信号线20、光纤分束镜21、第九信号线22、第十信号线23、第十三信号线24、红外热像仪25构成，其中：

所述计算机1的输出端通过第一信号线2与双通道函数发生器3的数据输入端相连接；

所述双通道函数发生器3的输出端通过第二信号线4与第二RF驱动源15的输入端相连接；

所述双通道函数发生器3的输出端通过第三信号线5与第一RF驱动源6的输入端相连接；

所述第一RF驱动源6的输出端通过第四信号线7与第一声光调制器9的输入端相连接；

所述第二RF驱动源15的输出端通过第五信号线12与第二声光调制器11的输入端相连接；

所述计算机1的输出端通过第六信号线16与激光器17的输入端相连接；

所述激光器17的输出端通过第七信号线18与放大器19的输入端相连接；

所述放大器19的输出端通过第八信号线20与光纤分束镜21的输入端相连接；

所述光纤分束镜21的输出端通过第九信号线22与第一声光调制器9的输入端相连接；

所述光纤分束镜21的数据输出端通过第十信号线23与第二声光调制器11的数据输入端相连接；

所述第一声光调制器9的输出端通过第十一信号线8与第一扩束整形镜10的输入端相连接；

所述第二声光调制器11的输出端通过第十二信号线13与第二扩束整形镜14的输入端相连接；

所述计算机1通过第十三信号线24与红外热像仪25相连。

具体实施方式二：本实施方式提供了一种利用具体实施方式一所述装置进行纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测的方法，所述方法步骤如下：

第一步：按要求将装置的各组件和元件通信连接完整并检查；

第二步：调节红外热像仪25，使红外热像仪镜头垂直并正对待测部位，且距离为30cm；

第三步：开启计算机1、第二扩束整形镜14、双通道函数发生器3、第一声光调制器9、第二声光调制器11、红外热像仪25、放大器19、第一RF驱动源6、第二RF驱动源15、第一扩束整形镜10、光纤分束镜21，暂不开启激光器17；

第四步：进行红外热像仪镜头调焦，直至计算机显示出清晰的红外图像；

第五步：调节第一扩束整形镜10、第二扩束整形镜14距离试件25cm，使两镜的光圈能会聚在被测试件上；

第六步：在计算机1中输入并确定调频信号，调频信号输出至双通道函数发生器3，在双通道函数发生器3中再次确定调频信号；

第七步：打开激光器17电源，激光器17输出信号通过放大器19到光纤分束器21分别与第一RF驱动源6、第二RF驱动源15输出信号同时会聚于第一声光调制器9、第二声光调制器11，第一声光调制器9、第二声光调制器11分别通过第一扩束整形镜10、第二扩束整形镜14输出不同的功率P1（t）和P2（t）作用于被检试件，红外热像仪25开始实时采集被检试件的图像信息；

第八步：红外热像仪25将采集的图像信息实时输出至计算机1，通过软件可以对输出的图像信息进行相关处理，获得纤维金属层板的详尽形态。

以含脱粘缺陷的纤维金属层板为例，对其进行基于线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测。由图2可知，在线性调频脉冲相干激光激励热流作用下，纤维金属层板缺陷处与无缺陷处的表面温度分布情况呈现出一定差异，且差异大小随脱粘缺陷大小的不同而不同。基于线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置及方法可有效实现对纤维金属层板缺陷检测。

Claims (6)

1.一种纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测装置，其特征在于所述装置包括调制器、第二扩束整形镜、红外热像仪，其中：

所述计算机与双通道函数发生器相连接；

所述双通道函数发生器分别与第一RF驱动源、第二RF驱动源相连接；

所述第一RF驱动源与第一声光调制器相连接，第一声光调制器与第一扩束整形镜相连接；

所述第二RF驱动源与第二声光调制器相连接，第二声光调制器与第二扩束整形镜相连接；

所述计算机与激光器相连接，激光器与放大器相连接，放大器与光纤分束镜相连接；

所述光纤分束镜分别与第一声光调制器、第二声光调制器相连接；

所述计算机与红外热像仪相连接。

2.一种利用权利要求1所述装置进行纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

S1、装夹好待测纤维金属层板试件，使之位于红外热像仪镜头正前方；

S2、连接所有线路，打开除激光器外的其他所有器件电源；

S3、在计算机上打开红外热像仪操作界面，实现计算机、红外热像仪之间通信；

S4、调节红外热像仪焦距，直至计算机屏幕上显示出清晰的红外图像；

S5、调节第一扩束整形镜、第二扩束整形镜，使两者的光斑交叉重叠投射至被测试件表面；光斑大小以正好覆盖待测纤维金属层板试件表面为宜；

S6、在计算机中输入并确定调频信号，调频信号输出至双通道函数发生器，在双通道函数发生器中再次确定调频信号；

S7、打开激光器电源，激光器输出信号通过放大器到光纤分束器分别与第一RF驱动源、第二RF驱动源输出信号同时会聚于第一声光调制器、第二声光调制器，第一声光调制器、第二声光调制器分别通过第一扩束整形镜、第二扩束整形镜输出不同的功率作用于待测纤维金属层板试件；

S8、启动红外热像仪，开始采集红外热图信息；

S9、对采集到的热图进行图像处理，从而获得待测纤维金属层板试件中缺陷的相关信息。

3.根据权利要求2所述的纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测方法，其特征在于所述待测纤维金属层板试件位于红外热像仪镜头正前方30~50mm。

4.根据权利要求2所述的纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测方法，其特征在于所述光斑大小以正好覆盖待测纤维金属层板试件表面为宜。

5.根据权利要求2所述的纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测方法，其特征在于所述第一扩束整形镜、第二扩束整形镜距离待测纤维金属层板试件25cm。

6.根据权利要求2所述的纤维金属层板缺陷线性调频脉冲相干激光激励红外热波相消干涉检测方法，其特征在于所述光纤分束器输出两束振幅、频率相同，相位相差±π的激光束。