CN113533213A - 一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块 - Google Patents

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黄霖川
白利兵
李胜平
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Abstract

本发明公开了一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，集成了辅助光学器件、磁感应光学薄膜和耐磨保护层于一体且形如五边形，当磁光传感模块的底面贴近被测试件，被测试件在磁化场的磁化下其缺陷处会产生漏磁场；当光源产生的光束垂直入射到镶嵌有辅助光学器件的起偏器的一面，透过起偏器产生单一方向线偏振光，线偏振光在磁光传感模块内传播，并沿传播方向入射至磁感应光学薄膜，在漏磁场作用下，线偏振光的光学特性发生改变，改变偏振方向的偏振光再由耐磨保护层反射，从而将大部分光束从另一侧镶嵌有辅助光学器件的检偏器处射出，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。

Description

一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，更为具体地讲，涉及一种应用于金属材料裂纹检测的一体化磁光传感模块。
背景技术
随着各种材料科学的快速发展，高性能金属材料在航空航天，高速列车等领域正在大量使用。这类材料往往是在这些领域中作为主要承力部件，因此这类部件的正常工作对设备安全运行起着决定性作用。如对于高空作业的飞机而言，任何一个小的质量隐患或者裂纹缺陷都会带来不可估量的安全问题，甚至会造成重大的生命财产损失。因此，对于上述领域中的金属材料部件进行定期的安全检测，并及时对存在安全隐患的部位进行维护是很有必要的。
当下应用于铁磁性材料探伤的检测方法较多，例如超声检测、漏磁检测、涡流检测等。而磁光成像检测作为一种新兴的无损检测方法被提出，磁光成像技术是基于法拉第磁光效应，利用磁场能使在磁光介质中与其同向的线偏振光偏振角发生改变这一物理现象，将磁场强弱分布信息转变为光强分布信息进而在图像中获取缺陷信息。在磁光成像检测过程中，首先利用外加磁场将待测材料磁化，若不存在缺陷，那么磁力线会在材料内部平滑通过，形成完整磁回路并无漏磁产生，材料上方磁光传感器中的线偏振光偏振角不会改变；若存在缺陷，缺陷产生的漏磁场在磁光传感器中与同向线偏振光相互作用，引起偏振角变化，使得采集的图像中光强不均匀分布，以此得到缺陷信息。
目前的磁光成像检测仪器大多处于实验室研发阶段，市面上鲜有产品出售。并且实验室里磁光成像检测仪器大多是倒三角反射式结构：图像采集设备和检偏器以及光源和起偏器两两分别位于倒三角框架的两侧边，倒三角框架底部放置磁感应光学薄膜(磁光传感器)和耐磨保护层。由于光学器件间位置相互独立，安装中难以保证各器件间不会出现位置偏差，而仪器工作时检测环境引起的振动也可能会使器件松动而出现偏差，这样的偏差使得入射反射光发生偏移，会导致成像结果发生畸变。并且，受到各器件尺寸和独立安装的影响，检测设备的整体尺寸无法进一步缩小。除此之外，大多数时候，检测仪器工作在高压高速环境下，若仪器内部空心，长期在内外压强差较大的环境下工作可能会使仪器结构发生形变，对光学器件造成损伤，缩短仪器使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，用于改善因光学器件位置偏差而引起的成像畸变，降低仪器安装操作难度，并且能有效优化仪器的空间利用率和提高设备在高压环境下的工作稳定性。
为实现上述发明目的，本发明一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，其特征在于，包括：集成了辅助光学器件、磁感应光学薄膜和耐磨保护层于一体且形如五边形的实体磁光传感模块；
磁光传感模块的底面贴近被测试件，被测试件在磁化场的磁化下其缺陷处会产生漏磁场；当光源产生的光束垂直入射到镶嵌有辅助光学器件的起偏器的一面，透过起偏器产生单一方向线偏振光，线偏振光在磁光传感模块内传播，并沿传播方向入射至磁感应光学薄膜，在漏磁场作用下，线偏振光的光学特性发生改变，改变偏振方向的偏振光再由耐磨保护层反射，从而将大部分光束从另一侧镶嵌有辅助光学器件的检偏器处射出，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。
其中，所述实体磁光传感模块的底面水平且为正方形，在底面中心处依次加工两个不同深度、尺寸的矩形槽，两矩形槽的中心与底面中心重合，两矩形槽的四条边与底面的四条边平行，其中，小尺寸的矩形槽用于镶嵌磁感应光学薄膜，大尺寸的矩形槽则用于镶嵌耐磨保护层；与底面相接的两个侧面与水平底面夹角为60度，而另一端相接的两个上侧面与这两个侧面相互垂直；在两个上侧面的中心位置处都加工了尺寸相同的圆形凹槽，用于镶嵌辅助光学器件，其中，左侧圆形凹槽用于镶嵌起偏器，右侧圆形凹槽用于镶嵌检偏器。
本发明的发明目的是这样实现的：
本发明基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，集成了辅助光学器件、磁感应光学薄膜和耐磨保护层于一体且形如五边形，当磁光传感模块的底面贴近被测试件，被测试件在磁化场的磁化下其缺陷处会产生漏磁场；当光源产生的光束垂直入射到镶嵌有辅助光学器件的起偏器的一面，透过起偏器产生单一方向线偏振光，线偏振光在磁光传感模块内传播，并沿传播方向入射至磁感应光学薄膜，在漏磁场作用下，线偏振光的光学特性发生改变，改变偏振方向的偏振光再由耐磨保护层反射，从而将大部分光束从另一侧镶嵌有辅助光学器件的检偏器处射出，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。
同时，本发明一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块还具有以下有益效果：
(1)、实体磁光传感模块采用具有高透光性、高强度的有机玻璃作为原材料加工，在保证高导光性的同时也提高了该模块在高压工作环境下的稳定性。
(2)、本发明所使用的磁感应光学薄膜被固定在有机玻璃导光镜和耐磨保护层之间，无论是从检测仪器外部还是内部都对其有很好的保护作用。
(3)、本发明将器件采用集成方式于一体，集成后的上述各器件相对位置固定，因此只有光源和图像采集设备的相对位置会对成像结果造成影响，于是大大降低了仪器调整时的操作难度，同时，这样的设计也能有效减少光学器件引入的误差源的数量，还具有体积小的特点，有益于检测仪器小型化设计。
附图说明
图1是本发明基于实体导光结构的一体化磁光传感模块图以及其三视图；
图2是磁光传感模块中的光路图；
图3是磁光传感模块检测被测件示意图；
图4是检测设备框架加入磁光传感模块后的整体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
实施例
图1是本发明基于实体导光结构的一体化磁光传感模块图以及其三视图。
在本实施例中，如图1所示，本发明一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，包括：集成了辅助光学器件、磁感应光学薄膜和耐磨保护层于一体且形如五边形的实体磁光传感模块；其中，辅助光学器件包括起偏器和检偏器。
在本实施例中，实体磁光传感模块的最大高度为31.3mm，最大宽度为52.5mm，厚度为35mm。实体磁光传感模块的底面水平且为正方形，底面的尺寸为35*35mm，在底面先加工出尺寸为31*31mm并与正方形底面同心的矩形槽3，该矩形槽3的4条边与底面4条边相互平行且都相距2mm，矩形槽3的底面距离模块底面的深度为0.5mm，然后在矩形槽3的底面中心处以相同方法加工出与其同心的小矩形槽4，小矩形槽4的4条边与大矩形槽3的4条边相互平行且都相距3mm，小矩形槽4的尺寸为25*25mm，小矩形槽4的底面距离大矩形槽3的底面的距离为0.7mm，即距离模块底面的深度为1.2mm；其中，小矩形槽4用于镶嵌磁感应光学薄膜，矩形槽3则用于镶嵌耐磨保护层，其中，保护层采用高强度金属钴加工而成，其耐磨特性对磁感应光学薄膜有很好的保护作用；与模块底面相接的两个侧面2、6与模块底面夹角为60度，即光束的入射角为30度，而另一端相接的两个上侧面1、5与这两个侧面2、6相互垂直；在两个上侧面1、5的中心位置处都加工了尺寸相同的圆形凹槽，用于镶嵌辅助光学器件，其中，左侧圆形凹槽用于镶嵌起偏器，右侧圆形凹槽用于镶嵌检偏器；在本实施例中，圆形凹槽的直径为25.5mm的，深度为2.5mm。
其次，实体磁光传感模块采用具有高透光性、高强度的有机玻璃作为原材料加工，在保证高导光性的同时也提高了该模块在高压工作环境下的稳定性。
如图3所示，磁光传感模块的底面贴近被测试件，被测试件在磁化场的磁化下其缺陷处会产生漏磁场；如图2所示，当光源产生的光束垂直入射到镶嵌有辅助光学器件的起偏器的一面，透过起偏器产生单一方向线偏振光，线偏振光在磁光传感模块内传播，并沿传播方向入射至磁感应光学薄膜，在漏磁场作用下，线偏振光的光学特性发生改变，其改变量根据公式θ＝VBL得到，其中，V为常数，B为磁感应强度，L为偏振光与磁场相互作用的距离；最后，改变偏振方向的偏振光再由耐磨保护层反射，从而将大部分光束从另一侧镶嵌有辅助光学器件的检偏器处射出，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。
图4是检测设备框架加入磁光传感模块后的整体图。
在本实施例中，光源发出的准直光束垂直入射嵌入一体化磁光传感模块的起偏器，形成的偏振光进入磁光薄膜，并在底部保护层的辅助下，大部分有效光束经反射从另一侧的检偏器出射，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。整个检测流程对光束传播的方向性具有较高要求，若光束的传播方向出现偏差，成像结果就会产生畸变。而磁光传感模块将偏振片和磁感应光学薄膜以及保护层集成于一体，集成后的上述各器件相对位置固定，因此只有光源和图像采集设备的相对位置会对成像结果造成影响，于是大大降低了仪器调整时的操作难度，同时，这样的设计也能有效减少光学器件引入的误差源的数量。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，其特征在于，包括：集成了辅助光学器件、磁感应光学薄膜和耐磨保护层于一体且形如五边形的实体磁光传感模块。
磁光传感模块的底面贴近被测试件，被测试件在磁化场的磁化下其缺陷处会产生漏磁场；当光源产生的光束垂直入射到镶嵌有辅助光学器件的起偏器的一面，透过起偏器产生单一方向线偏振光，线偏振光在磁光传感模块内传播，并沿传播方向入射至磁感应光学薄膜，在漏磁场作用下，线偏振光的光学特性发生改变，改变偏振方向的偏振光再由耐磨保护层反射，从而将大部分光束从另一侧镶嵌有辅助光学器件的检偏器处射出，最终由图像采集设备采集并显示检测结果。
2.根据权利要求1所述的基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，其特征在于，所述实体磁光传感模块的底面水平且为正方形，在底面中心处依次加工两个不同深度、尺寸的矩形槽，两矩形槽的中心与底面中心重合，两矩形槽的四条边与底面的四条边平行，其中，小尺寸的矩形槽用于镶嵌磁感应光学薄膜，大尺寸的矩形槽则用于镶嵌耐磨保护层；与底面相接的两个侧面与水平底面夹角为60，而另一端相接的两个上侧面与这两个侧面相互垂直；在两个上侧面的中心位置处都加工了尺寸相同的圆形凹槽，用于镶嵌辅助光学器件，其中，左侧圆形凹槽用于镶嵌起偏器，右侧圆形凹槽用于镶嵌检偏器。
3.根据权利要求1所述的基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，其特征在于，所述实体磁光传感模块的加工材质为有机玻璃。
4.根据权利要求1所述的基于实体导光结构的一体化磁光传感模块，其特征在于，所述耐磨保护层的加工材质为高强度的金属钴。
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