CN114018822B - 一种远距离激光无损探伤装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种远距离激光无损探伤装置,包括:第一光纤耦合器与激光器相连;振镜与第一光纤耦合器相连;第二光纤耦合器与第一光纤耦合器相连;第一光纤环形器与第二光纤耦合器相连;第二光纤环形器与第二光纤耦合器相连;第一场镜与第二光纤环形器相连;第三光纤耦合器分别与第一光纤环形器和第二光纤环形器相连;光电探测器与第三光纤耦合器相连;信号处理端与光电探测器电连接;第一光纤准直器与第一光纤环形器相连;聚焦镜布置在第一光纤准直器的出射端;反光镜布置在聚焦镜的出射端。有益效果是:将激光激励和激光干涉接收结合为一体,且激光激励和激光接收实时同步,激光激励和激光干涉用同一个光源,体积大大减小;可远距离进行表面无损检测。
Description
技术领域
本发明涉及激光无损检测技术领域,具体涉及一种远距离激光无损探伤装置及方法。
背景技术
激光超声是一种非接触,高精度,无损伤的超声检测技术,它利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波,并用激光束探测超声波的传播,从而获取工件信息,比如工件厚度、内部及表面缺陷,材料参数等等。该技术结合了超声检测的高精度和光学检测非接触的优点,具有高灵敏度(亚纳米级),高检测带宽(GHz)的优点,但目前激光超声技术使用的是两台激光器,且两台激光器同步存在延时,设备体积大,且测量有时间延时,并且激光器也比较昂贵。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种远距离激光无损探伤装置及方法,以克服上述现有技术中的不足。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下:一种远距离激光无损探伤装置,包括:
第一光纤耦合器,其与激光器相连;
振镜,其与第一光纤耦合器相连;
第二光纤耦合器,其与第一光纤耦合器相连;
第一光纤环形器,其与第二光纤耦合器相连;
第二光纤环形器,其与第二光纤耦合器相连;
第一场镜,其与第二光纤环形器相连;
第三光纤耦合器,其分别与第一光纤环形器和第二光纤环形器相连;
信号处理端,其与光电探测器电连接;
第一光纤准直器,其与第一光纤环形器相连;
聚焦镜,其布置在第一光纤准直器的出射端;
反光镜,其布置在聚焦镜的出射端。
在上述技术方案的基础上,本发明还可以做如下改进。
进一步,还包括第二光纤准直器,其分别与第一光纤耦合器和振镜相连。
进一步,还包括第三光纤准直器,其分别与第二光纤环形器和第一场镜相连。
进一步,还包括位移台,其与第一光纤准直器相连,并用以驱使第一光纤准直器远离和靠近聚焦镜。
进一步,还包括第二场镜,其设置在振镜的出射端。
进一步,第一光纤耦合器的分光比为1:99,第一光纤耦合器所分的占比99%的脉冲激光进入振镜,占比1%的脉冲激光进入第二光纤耦合器。
进一步,第二光纤耦合器的分光比为10:90,第二光纤耦合器所分的占比10%的脉冲激光进入第一光纤环形器,占比90%的脉冲激光进入第二光纤环形器。
进一步,激光器为高能量光纤激光器。
进一步,激光器发射波段为532nm、1064nm的脉冲激光。
一种远距离激光无损探伤方法,包括如下步骤:
S100、激光器发射脉冲激光,并通过第一光纤耦合器分为两束,占比99%的脉冲激光束经第二光纤准直器出射到达振镜上,在振镜的作用下形成面阵扫描,再通过第二场镜定场和聚焦在工件上,占比1%的脉冲激光束进入第二光纤耦合器;
S200、第二光纤耦合器将脉冲激光分为两束,占比10%的脉冲激光束通过第一光纤环形器进入第一光纤准直器,再射向聚焦镜,并从反光镜反射回到第一光纤准直器,反射至第一光纤准直器内的脉冲激光进入第三光纤耦合器,占比90%的脉冲激光束通过第二光纤环形器进入第三光纤准直器,再进入第一场镜,并从第一场镜出射在工件上;
S300、工件上的散射光携带样品信息反射回第一场镜,再通过第二光纤环形器到达第三光纤耦合器,两束回光在第三光纤耦合器内发生干涉,并被光电探测器接收;
S400、调节信号处理端对光电探测器进行数据采集,并对数据分析处理。
本发明的有益效果是:
1)将激光激励和激光干涉接收结合为一体,且激光激励和激光接收实时同步,激光激励和激光干涉用同一个光源,体积大大减小;
2)可远距离进行表面无损检测。
附图说明
图1为本发明所述远距离激光无损探伤装置的光路图。
附图中,各标号所代表的部件列表如下:
1、激光器,2、第一光纤耦合器,3、振镜,4、第二光纤耦合器,5、第一光纤环形器,6、第二光纤环形器,7、第一场镜,8、第三光纤耦合器,9、光电探测器,10、信号处理端,11、第一光纤准直器,12、聚焦镜,13、反光镜,14、第二光纤准直器,15、第三光纤准直器,16、位移台,17、第二场镜。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例1
如图1所示,一种远距离激光无损探伤装置,包括:
激光器1、第一光纤耦合器2、振镜3、第二光纤耦合器4、第一光纤环形器5、第二光纤环形器6、第一场镜7、第三光纤耦合器8、光电探测器9、信号处理端10、第一光纤准直器11、聚焦镜12和反光镜13;
第一光纤耦合器2的入射端与激光器1的出射端相连;
第一光纤耦合器2具有两个出射端;
振镜3的入射端与第一光纤耦合器2的其中一个出射端相连,振镜3可使点激光转化为面阵激光;
第二光纤耦合器4的入射端则与第一光纤耦合器2的另一个出射端相连;
第二光纤耦合器4具有两个出射端;
第一光纤环形器5的入射端第二光纤耦合器4的其中一个出射端相连;
第一光纤环形器5具有两个出射端,分别记为1#出射端和2#出射端,
第一光纤环形器5的1#出射端与第一光纤准直器11的入射端相连;
聚焦镜12布置在第一光纤准直器11的出射端,第一光纤准直器11用于将光纤传输过来的光准直后出射;
聚焦镜12使得光斑变小,激光能量更容易回到第一光纤准直器11中,提高干涉能量;
反光镜13布置在聚焦镜12的出射端,反光镜13用来反射光路,使激光回到第一光纤准直器11中;
反光镜13置于聚焦镜12的焦点处,以保证回光平行入射到第一光纤准直器11;
第三光纤耦合器8的入射端与第一光纤环形器5的2#出射端相连;
由第一光纤环形器5的1#出射端所射出的脉冲激光将进入第一光纤准直器11,然后经第一光纤准直器11射向聚焦镜12,脉冲激光经聚焦镜12射在反光镜13上,并从反光镜13反射回聚焦镜12,再由聚焦镜12经第一光纤准直器11的1#出射端回到第一光纤准直器11,反射进第一光纤准直器11内的脉冲激光经2#出射端进入第三光纤耦合器8,记为参考光;
第二光纤环形器6的入射端与第二光纤耦合器4的另一个出射端相连;
第二光纤环形器6具有两个出射端,分别记为1#出射端和2#出射端;
第二光纤环形器6的1#出射端与第一场镜7的入射端相连,第一场镜7用于激光定场和聚焦;
第二光纤环形器6的2#出射端与第三光纤耦合器8的入射端相连;
由第二光纤环形器6的1#出射端所射出的脉冲激光将进入第一场镜7,并从第一场镜7出射在工件上,工件上的散射光携带样品信息反射回第一场镜7,再由第二光纤环形器6的1#出射端回到第二光纤环形器6,反射进第二光纤环形器6内的脉冲激光经2#出射端进入第三光纤耦合器8,记为探测信号光;
光电探测器9用于探测干涉光信号;
参考光和探测信号光在第三光纤耦合器8内发生干涉,并被光电探测器9接收;
信号处理端10的信号输入端与光电探测器9的信号输出端电连接,信号处理端10可以优选为PC端。
实施例2
如图1所示,本实施例为在实施例1的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
远距离激光无损探伤装置还包括第二光纤准直器14,第二光纤准直器14的入射端与第一光纤耦合器2的出射端相连,而第二光纤准直器14的出射端与振镜3的入射端相连,第二光纤准直器14用于将光纤传输过来的光准直后出射。
实施例3
如图1所示,本实施例为在实施例1或2的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
远距离激光无损探伤装置还包括第三光纤准直器15,第三光纤准直器15的入射端与第二光纤环形器6的出射端相连,而第三光纤准直器15的出射端与第一场镜7的入射端相连,第三光纤准直器15用于将光纤传输过来的光准直后出射。
实施例4
如图1所示,本实施例为在实施例1或2或3的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
远距离激光无损探伤装置还包括位移台16,位移台16与第一光纤准直器11相连,并且位移台16用以驱使第一光纤准直器11远离和靠近聚焦镜12,通过位移台16调节参考光的光程,使得干涉强度最强,信号强则成像效果好;
位移台16优选为一维手动位移台,当然也可以为电动。
实施例5
如图1所示,本实施例为在实施例1~4任一实施例的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
远距离激光无损探伤装置还包括第二场镜17,第二场镜17设置在振镜3的出射端,第二场镜17用于激光定场和聚焦。
实施例6
如图1所示,本实施例为在实施例1~5任一实施例的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
第一光纤耦合器2的分光比为1:99,即第一光纤耦合器2可以将脉冲激光分为两束,其中一束占比99%的脉冲激光,另一束占比1%的脉冲激光,第一光纤耦合器2所分的占比99%的脉冲激光进入振镜3,占比1%的脉冲激光进入第二光纤耦合器4。
实施例7
如图1所示,本实施例为在实施例1~6任一实施例的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
第二光纤耦合器4的分光比为10:90,即第二光纤耦合器4可以将脉冲激光分为两束,其中一束占比10%的脉冲激光,另一束占比90%的脉冲激光,第二光纤耦合器4所分的占比10%的脉冲激光进入第一光纤环形器5,占比90%的脉冲激光进入第二光纤环形器6。
实施例8
如图1所示,本实施例为在实施例1~7任一实施例的基础上所进行的进一步优化,其具体如下:
激光器1优选采用高能量光纤激光器,通常情况下,激光器1发射波段为532nm、1064nm的脉冲激光,此类波段脉冲激光能较好的在工件上产生强度合适的超声信号。
实施例9
一种远距离激光无损探伤方法,包括如下步骤:
S100、激光器1发射脉冲激光,并通过第一光纤耦合器2分为两束,占比99%的脉冲激光束经第二光纤准直器14出射到达振镜3上,在振镜3的作用下形成面阵扫描,再通过第二场镜定场和聚焦在工件上,占比1%的脉冲激光束进入第二光纤耦合器4;
S200、第二光纤耦合器4将脉冲激光分为两束,占比10%的脉冲激光束通过第一光纤环形器5进入第一光纤准直器11,再射向聚焦镜12,并从反光镜13反射回到第一光纤准直器11,反射至第一光纤准直器11内的脉冲激光进入第三光纤耦合器8,占比90%的脉冲激光束通过第二光纤环形器6进入第三光纤准直器15,再进入第一场镜7,并从第一场镜7中出射在工件上;
S300、工件上的散射光携带样品信息反射回第一场镜7,再通过第二光纤环形器6到达第三光纤耦合器8,两束回光在第三光纤耦合器8内发生干涉,并被光电探测器9接收;
S400、调节信号处理端10对光电探测器9进行数据采集,并对数据分析处理。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本发明的限制,本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于,包括:
第一光纤耦合器(2),其与激光器(1)相连;
振镜(3),其与第一光纤耦合器(2)相连;
第二光纤耦合器(4),其与第一光纤耦合器(2)相连;
第一光纤环形器(5),其与第二光纤耦合器(4)相连;
第二光纤环形器(6),其与第二光纤耦合器(4)相连;
第一场镜(7),其与第二光纤环形器(6)相连;
第三光纤耦合器(8),其分别与第一光纤环形器(5)和第二光纤环形器(6)相连;
第三光纤耦合器(8)的出射端与光电探测器(9)相连;
信号处理端(10),其与光电探测器(9)电连接;
第一光纤准直器(11),其与第一光纤环形器(5)相连;
聚焦镜(12),其布置在第一光纤准直器(11)的出射端;
反光镜(13),其布置在聚焦镜(12)的出射端。
2.根据权利要求1所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:
还包括第二光纤准直器(14),其分别与第一光纤耦合器(2)和振镜(3)相连。
3.根据权利要求1所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:
还包括第三光纤准直器(15),其分别与第二光纤环形器(6)和第一场镜(7)相连。
4.根据权利要求1所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:
还包括位移台(16),其与第一光纤准直器(11)相连,并用以驱使第一光纤准直器(11)远离和靠近聚焦镜(12)。
5.根据权利要求1所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:
还包括第二场镜(17),其设置在振镜(3)的出射端。
6.根据权利要求1~5任一项所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:所述第一光纤耦合器(2)的分光比为1:99,所述第一光纤耦合器(2)所分的占比99%的脉冲激光进入振镜(3),占比1%的脉冲激光进入第二光纤耦合器(4)。
7.根据权利要求1~5任一项所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:所述第二光纤耦合器(4)的分光比为10:90,所述第二光纤耦合器(4)所分的占比10%的脉冲激光进入第一光纤环形器(5),占比90%的脉冲激光进入第二光纤环形器(6)。
8.根据权利要求1所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:所述激光器(1)为高能量光纤激光器。
9.根据权利要求8所述的一种远距离激光无损探伤装置,其特征在于:所述激光器(1)发射波段为532nm、1064nm的脉冲激光。
10.一种远距离激光无损探伤方法,其特征在于,包括如下步骤:
S100、激光器(1)发射脉冲激光,并通过第一光纤耦合器(2)分为两束,占比99%的脉冲激光束经第二光纤准直器(14)出射到达振镜(3)上,在振镜(3)的作用下形成面阵扫描,再通过第二场镜(17)定场和聚焦在工件上,占比1%的脉冲激光束进入第二光纤耦合器(4);
S200、第二光纤耦合器(4)将脉冲激光分为两束,占比10%的脉冲激光束通过第一光纤环形器(5)进入第一光纤准直器(11),再射向聚焦镜(12),并从反光镜(13)反射回到第一光纤准直器(11),反射至第一光纤准直器(11)内的脉冲激光进入第三光纤耦合器(8),记为参考光,占比90%的脉冲激光束通过第二光纤环形器(6)进入第三光纤准直器(15),再进入第一场镜(7),并从第一场镜(7)出射在工件上;
S300、工件上的散射光携带样品信息反射回第一场镜(7),再通过第二光纤环形器(6)到达第三光纤耦合器(8),记为探测信号光,参考光和探测信号光在第三光纤耦合器(8)内发生干涉,并被光电探测器(9)接收;
S400、调节信号处理端(10)对光电探测器(9)进行数据采集,并对数据分析处理。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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