CN114018823B - 一种激励接收一体的激光超声探伤设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种激励接收一体的激光超声探伤设备，包括：第一分光器布置在激光器的出射端，且其具有两个出射端；衰减器布置在第一分光器的一个出射端；振镜布置在第一分光器的另一个出射端；第二分光器布置在衰减器的出射端，其具有两个出射端；第一反射镜布置在第二分光器的一个出射端；第一场镜布置在第一反射镜的出射端；反光镜布置在第二分光器的另一个出射端；光电探测器布置在反光镜的反射端；信号处理端分别与振镜、光电探测器和激光器电连接。有益效果是：使用空间光路设计，能量损耗小，可承载激光能量大；激光激励和激光干涉用同一个光源；可远距离进行表面无损检测；激光激励和激光接收实时同步。

Description

一种激励接收一体的激光超声探伤设备及方法
技术领域
本发明涉及激光无损检测技术领域，具体涉及一种激励接收一体的激光超声探伤设备及方法。
背景技术
激光超声是一种非接触,高精度,无损伤的新型超声检测技术，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。目前使用的激光超声设备包含激光激励和激光干涉接收两个部分，设备体积大，且设备之间存在干扰问题，影响激光超声探伤信号强度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种激励接收一体的激光超声探伤设备及方法，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：一种激励接收一体的激光超声探伤设备，包括：
第一分光器，其布置在激光器的出射端，且其具有两个出射端；
衰减器，其布置在第一分光器的一个出射端；
振镜，其布置在第一分光器的另一个出射端；
第二分光器，其布置在衰减器的出射端，其具有两个出射端；
第一反射镜，其布置在第二分光器的一个出射端；
第一场镜，其布置在第一反射镜的出射端；
反光镜，其布置在第二分光器的另一个出射端；
光电探测器，其布置在反光镜的反射端；
信号处理端，其分别与振镜、光电探测器和激光器电连接。
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，还包括第二场镜，其设置在振镜的出射端。
进一步，还包括第二反射镜，其布置在第一分光器的出射端与振镜的入射端之间。
进一步，还包括光开关，其布置在第二反射镜的出射端与振镜的入射端之间。
进一步，衰减器为衰减片。
进一步，衰减片的衰减比例至少为90％。
进一步，激光器为高能量连续激光器，发射波段为532nm、1064nm的脉冲激光。
进一步，激光器所发射脉冲激光的能量密度大于500uJ/cm2。
进一步，反光镜为可移动式。
一种激励接收一体的激光超声探伤方法，包括如下步骤：
S100、激光器发射脉冲激光，并通过第一分光器分为两束；
S200、由第一分光器所分的一束脉冲激光经第二反射镜射向光开关，并由光开关控制出光为点间隔出光，出光时间按照振镜扫描的频率同步；
S300、通过光开关的光出射到达振镜上，并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；
S400、由第一分光器所分的另一束脉冲激光经衰减器后射向第二分光器，并被第二分光器分为两束；
S500、由第二分光器所分的一束脉冲激光经反光镜反射回第二分光器，并再透射第二分光器后被光电探测器接收；
S600、由第二分光器所分的另一束脉冲激光经过第一反射镜到达第一场镜，并由第一场镜照射到工件上，工件上散射回来的光携带样品信息被第一场镜接收，再经由第一反射镜回到第二分光器，并经由第二分光器反射后被光电探测器接收；
S700、两束光在光电探测器处发生干涉，干涉信号被转换为电信号；
S800、信号处理端进行数据采集，并对数据分析处理。
本发明的有益效果是：
1)使用空间光路设计，能量损耗小，可承载激光能量大；
2)激光激励和激光干涉用同一个光源；
3)使用连续激光器加上光开关实现激光超声点阵激励；
4)可远距离进行表面无损检测；
5)激光激励和激光接收实时同步。
附图说明
图1为本发明所述激励接收一体的激光超声探伤设备的光路图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、激光器，2、第一分光器，3、衰减器，4、振镜，5、第二分光器，6、第一反射镜，7、第一场镜，8、反光镜，9、光电探测器，10、信号处理端，11、第二场镜，12、第二反射镜，13、光开关。
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，一种激励接收一体的激光超声探伤设备，包括：
激光器1、第一分光器2、衰减器3、振镜4、第二分光器5、第一反射镜6、第一场镜7、反光镜8、光电探测器9和信号处理端10；
激光器1用以发射特定波段的脉冲激光；
第一分光器2布置在激光器1的出射端，且其具有两个出射端；
衰减器3布置在第一分光器2的一个出射端，衰减激光能量(由于激光激励激光能量远大于干涉所需的激光能量)；
振镜4布置在第一分光器2的另一个出射端，用以使点激光转化为面阵激光；
第二分光器5布置在衰减器3的出射端，其具有两个出射端；
第一反射镜6布置在第二分光器5的一个出射端；
第一场镜7布置在第一反射镜6的出射端；
反光镜8布置在第二分光器5的另一个出射端；
光电探测器9布置在反光镜8的反射端，探测光信号转换为电信号；
信号处理端10的信号输出端与振镜4的信号输入端电连接；
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；
激光器1的信号输入端与信号处理端10的信号输出端电连接。
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：
激励接收一体的激光超声探伤设备还包括第二场镜11，第二场镜11设置在振镜4的出射端，第二场镜11用于对振镜4所射出的脉冲激光进行定场和聚焦。
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：
激励接收一体的激光超声探伤设备还包括第二反射镜12，第二反射镜12布置在第一分光器2的出射端与振镜4的入射端之间，第二反射镜12用以将从第一分光器2所射出的脉冲激光改变方向后射向振镜4，即实现光路方向调节。
实施例4
如图1所示，本实施例为在实施例3的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：
激励接收一体的激光超声探伤设备还包括光开关13，光开关13布置在第二反射镜12的出射端与振镜4的入射端之间，光开关13用以实现光的通断，灵敏度应达到1ms以上。
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：
衰减器3优选为衰减片，且衰减片的衰减比例至少为90％，当然并不排除采用其他类型的器件作为衰减器。
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：
激光器1为高能量连续激光器，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。
激光器1所发射脉冲激光的能量密度大于500uJ/cm2，激光器1平均功率为1W-100W，重复频率满足1Hz-100KHz可调范围。
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：
反光镜8为可移动式，通过移动反光镜前后来调节光程以完成干涉条件。
实施例8
一种激励接收一体的激光超声探伤方法，包括如下步骤：
S100、激光器1发射脉冲激光，并通过第一分光器2分为两束；
S200、由第一分光器2所分的一束脉冲激光经第二反射镜12射向光开关13，并由光开关13控制出光为点间隔出光，出光时间按照振镜4扫描的频率同步；
S300、通过光开关13的光出射到达振镜4上，并在振镜4的作用下形成面阵扫描，再通过第二场镜11定场和聚焦在工件上；
S400、由第一分光器2所分的另一束脉冲激光经衰减器3后射向第二分光器5，并被第二分光器5分为两束；
S500、由第二分光器5所分的一束脉冲激光经反光镜8反射回第二分光器5，并再透射第二分光器5后被光电探测器9接收；
S600、由第二分光器5所分的另一束脉冲激光经过第一反射镜6到达第一场镜7，并由第一场镜7照射到工件上，工件上散射回来的光携带样品信息被第一场镜7接收，再经由第一反射镜6回到第二分光器5，并经由第二分光器5反射后被光电探测器9接收；
S700、两束光在光电探测器9处发生干涉，干涉信号被转换为电信号；
S800、信号处理端10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)

1.一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于，包括：
第一分光器(2)，其布置在激光器(1)的出射端，且其具有两个出射端；
衰减器(3)，其布置在第一分光器(2)的一个出射端；
振镜(4)，其布置在第一分光器(2)的另一个出射端；
第二分光器(5)，其布置在衰减器(3)的出射端，其具有两个出射端；
第一反射镜(6)，其布置在第二分光器(5)的一个出射端；
第一场镜(7)，其布置在第一反射镜(6)的出射端；
反光镜(8)，其布置在第二分光器(5)的另一个出射端；
光电探测器(9)，其布置在反光镜(8)的反射端；
信号处理端(10)，其分别与振镜(4)、光电探测器(9)和激光器(1)电连接。
2.根据权利要求1所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：
还包括第二场镜(11)，其设置在振镜(4)的出射端。
3.根据权利要求1或2所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：
还包括第二反射镜(12)，其布置在第一分光器(2)的出射端与振镜(4)的入射端之间。
4.根据权利要求3所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：
还包括光开关(13)，其布置在第二反射镜(12)的出射端与振镜(4)的入射端之间。
5.根据权利要求1所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：所述衰减器(3)为衰减片。
6.根据权利要求5所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：所述衰减片的衰减比例至少为90％。
7.根据权利要求1所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：所述激光器(1)为高能量连续激光器，发射波段为532nm、1064nm的脉冲激光。
8.根据权利要求6或7所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：所述激光器(1)所发射脉冲激光的能量密度大于500uJ/cm2。
9.根据权利要求1所述的一种激励接收一体的激光超声探伤设备，其特征在于：所述反光镜(8)为可移动式。
10.一种激励接收一体的激光超声探伤方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100、激光器(1)发射脉冲激光，并通过第一分光器(2)分为两束；
S200、由第一分光器(2)所分的一束脉冲激光经第二反射镜(12)射向光开关(13)，并由光开关(13)控制出光为点间隔出光，出光时间按照振镜(4)扫描的频率同步；
S300、通过光开关(13)的光出射到达振镜(4)上，并在振镜(4)的作用下形成面阵扫描，再通过第二场镜(11)定场和聚焦在工件上；
S400、由第一分光器(2)所分的另一束脉冲激光经衰减器(3)后射向第二分光器(5)，并被第二分光器(5)分为两束；
S500、由第二分光器(5)所分的一束脉冲激光经反光镜(8)反射回第二分光器(5)，并再透射第二分光器(5)后被光电探测器(9)接收；
S600、由第二分光器(5)所分的另一束脉冲激光经过第一反射镜(6)到达第一场镜(7)，并由第一场镜(7)照射到工件上，工件上散射回来的光携带样品信息被第一场镜(7)接收，再经由第一反射镜(6)回到第二分光器(5)，并经由第二分光器(5)反射后被光电探测器(9)接收；
S700、两束光在光电探测器(9)处发生干涉，干涉信号被转换为电信号；
S800、信号处理端(10)进行数据采集，并对数据分析处理。
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