CN202693486U

CN202693486U - 一种激光超声检测装置

Info

Publication number: CN202693486U
Application number: CN 201220344523
Authority: CN
Inventors: 龙绒蓉; 杨先明; 高树超; 王朝; 宋小领; 李敬英
Original assignee: YANTAI FURUN INDUSTRIAL CO LTD
Current assignee: YANTAI FURUN INDUSTRIAL CO LTD
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2022-07-16

Abstract

本实用新型涉及一种激光超声检测装置，包括激光发生模块，用于发出激光光束；分光偏振模块，将所述激光光束分成两束光束，第一光束送入干涉处理模块，第二光束通过调制后形成第三光束送入干涉处理模块；干涉处理模块，用于接收第一光束和第三光束，其中第一光束经过光电转换成第一电流信号，第三光束在干涉处理模块中被解调，解调后生成的第四光束送入信号处理模块；信号处理模块，将第四光束转换成第一模拟信号，对第一模拟信号依次进行信号放大处理，高通滤波处理，模数转换处理；工控模块，用于接收信号处理模块发出的数字信号。本实用新型系统检测灵敏度高，检测适应范围大，不使用耦合剂，并且有环境因素抵抗能力。

Description

一种激光超声检测装置

技术领域

本实用新型涉及缺陷检测领域,具体涉及一种激光超声检测装置。

背景技术

随着现代工业和科学技术的发展，对材料和产品的无损评价提出了愈来愈高的要求。对于集中了高新科技的航空航天，能源与材料工业，对无损检测技术的要求尤为迫切，激光超声新技术能有效解决这个问题。现有的激光超声检测仪均为接触式检测仪，这种仪器通过激光产生超声波，通过其在被检测物内外表面传播，利用压电探头紧贴在被检测物表面接收回波信号，然后分析回波信号来判断是否存在内外部缺陷。由于接收回波探头为压电晶片探头与被检测物表面接触，受耦合剂和被检测物表面情况的影响，对高温、高压、有放射性的被检测物没法实现检测，并且精加工后的器件会受到耦合剂的污染。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种激光超声检测装置来解决现有技术中受耦合剂和被检测物表面情况的影响对高温、高压、有放射性的被检测物没法实现检测,以及精加工后的器件会受到耦合剂的污染的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种激光超声检测装置,包括

激光发生模块，用于发出激光光束;

分光偏振模块，用于接收激光发生模块发出的激光光束,并将所述激光光束分成两束光束,其中第一光束送入干涉处理模块,第二光束射向被测物表面,产生超声波和散射光，散射光被在物体内传播的超声波引起的频移所调制,调制后散射光经过汇聚成第三光束送入干涉处理模块;

干涉处理模块，用于接收第一光束和第三光束,其中第一光束经过光电转换成第一电流信号，第三光束在干涉处理模块中被解调,所述第一电流信号对第三光束的解调过程进行调节，所述第三光束解调后生成的第四光束送入信号处理模块;

信号处理模块，用于接收第四光束,并将第四光束转换成第一模拟信号,对所述第一模拟信号进行信号放大处理成第二模拟信号,再通过高通滤波处理成第三模拟信号,最后通过模数转换处理,将第三模拟信号转换成数字信号送入工控模块；

工控模块，用于接收信号处理模块发出的数字信号，并将此数字信号转换成信息内容显示出来。

本实用新型的有益效果是：在使用本实用新型系统后，达到了检测灵敏度高，检测适应范围大的效果，并消除器件会受到耦合剂的污染的效果。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，所述所述分光偏振模块包括一个分光镜、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜和一个透镜，其中激光光束通过分光镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束射向第一偏振分光镜，所述第二光束通过第二偏振分光镜全反射到被测物上，生成第三光束通过所述透镜。

采用上述进一步方案的有益效果是进一步提高系统检测的灵敏度。

进一步，所述PZT(压电陶瓷，是PbZrO3和PbTiO3的固溶体，其中P是铅元素Pb的缩写，Z是锆元素Zr的缩写，T是钛元素Ti的缩写)驱动器包括一个压电式微位移器,所述PZT驱动器用于在外界环境因素的变换使已调好的共焦状态变为非共焦状态的情况下，用压电式微位移器来推动其中一个镜座使所述非共焦状态重新变成共焦状态。

采用上述进一步方案的有益效果是进一步增强本实用新型系统的抗环境因素干扰性能。

进一步，所述所述信号处理模块包括一个第三偏振分光镜、一个光电转换器、一个信号放大器、一个高通滤波器和一个模数转换器，所述光电转换器连接信号放大器，所述信号放大器连接高通滤波器，所述高通滤波器连接模数转换器。

采用上述进一步方案的有益效果是进步一提高最后输入工控机的数字信号强度，提高数字信号信噪比。

附图说明

图1为本实用新型系统框图；

图2为本实用新型系统详细部件图；

图3为本实用新型系统工作流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，为本实用新型的系统框图,包括

激光发生模块，用于发出激光光束;

其中第一电流信号对第三光束的解调过程进行调节是指在第三光速的解调过程中,球面共焦干涉仪因为外界因素影响而由共焦状态变为非共焦状态时,第一电流信号送入PZT驱动器,由PZT驱动器中的微位移器来推动球面共焦干涉仪的一个镜座,重新达到共焦状态。

图2为本实用新型系统详细部件图,脉冲激光器发出激光光速,通过分光镜分成第一光束和第二光束,第一光束通过偏振分光镜1全反射至光电转换调节器,第一光束经过光电转换调节器形成第一电流信号,并送入PZT驱动器;第二光束通过偏振分光镜2全反射到被测物表面,在被测物上产生超声波和散射光,其中散射光被超声波引起的频移所调制,调制后的散射光经过透镜汇聚成第三光束射向球面共焦干涉仪,并判断球面共焦干涉仪是否处于共焦状态,若处于非共焦状态,由PZT驱动器调整球面共焦干涉仪腔长,达到共焦状态,处于共焦状态，经过球面共焦干涉仪解调第三光束后形成第四光束射向偏振分光镜3,通过偏振分光镜3全反射至光电转换器,经过光电转换形成第一模拟信号,第一模拟信号首先通过信号放大器进行放大处理,放大处理后形成的第二模拟信号通过高通滤波器进行高通滤波处理,提高信噪比,形成第三模拟信号通过模数转换器转换成数字信号发送至工控机。

图3是本实用新型系统的工作流程图,包括如下步骤:

步骤101,由脉冲激光器发射激光光束,射向分光镜；

步骤102,分光镜接收激光光束,并将其分成第一光束和第二光束；

步骤103，偏振分光镜1接收第一光束，并全反射至光电转换调节器；

步骤104，接收步骤103中第一光束，并通过光电转换调节器处理成第一电流信号发送至PZT驱动器；

步骤105，PZT驱动器接收步骤104中第一电流信号；

步骤106，偏振分光镜2接收第二光束，并全反射至被测物表面；

步骤107，被测物表面产生散射光和超声波，散射光被超声波引起的频移所调制，调制后散射光射向透镜；

步骤108，步骤105中散射光经过透镜汇聚成第三光束射向球面共焦干涉仪；

步骤109，第三光束在球面共焦干涉仪中被解调，并判断是否处于共焦状态；

步骤110，判断球面共焦干涉仪是否处于共焦状态，若处于共焦状态，经过球面共焦干涉仪解调第三光束后形成第四光束射向偏振分光镜3，若处于非共焦状态，则跳转到步骤104，执行步骤104,步骤105，PZT驱动器调节球面共焦干涉仪，使其处于共焦状态；

步骤111，第四光束通过偏振分光镜3全反射至光电转换器；

步骤112，第四光束通过光电转换器转换成第一模拟信号，发送至信号放大处理器；

步骤113，对步骤112中第一模拟信号进行信号放大处理，处理后生成的第二模拟信号发送至高通滤波器；

步骤114，对步骤113中第二模拟信号进行高通滤波处理，并将处理后生成的第三模拟信号发送至模数转换器；

步骤115，对步骤114汇总的第三模拟信号进行模数转换处理，生成数字信号发送至工控机；

步骤116，接收步骤115中所述的数字信号。

所述偏振分光镜1为第一偏振分光镜，所述偏振分光镜2为第二偏振分光镜，所述偏振分光镜3为第三偏振分光镜。

所述分光偏振模块包括一个分光镜、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜和一个透镜，其中所述激光发生模块发出的激光光束通过分光镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束射向第一偏振分光镜，所述第二光束通过第二偏振分光镜全反射到被测物上，生成所述第三光束并通过所述透镜。

所述干涉处理模块包括一个球面共焦干涉仪，一个光电转换调节器和一个PZT驱动器，所述光电转换调节器的输入端连接分光偏振模块，所述光电转换调节器的输出端连接PZT驱动器的输入端，所述 PZT驱动的输出端连接球面共焦干涉仪的输入端，所述球面共焦干涉仪的输出端连接所述光电转换调节器，所述球面共焦干涉仪的输出端还与信号处理模块相连接。

所述球面共焦干涉仪是由曲率半径相同的两个球面镜共焦放置而成。

所述光电转换调节器用于将光信号转换为电流信号,还用于向所述PZT驱动器输出电流信号。

所述PZT驱动器包括一个压电式微位移器,当所述PZT驱动器在外界环境因素的变换使已调好的共焦状态变为非共焦状态的情况下，用压电式微位移器推动其中一个镜座使所述非共焦状态重新变成共焦状态。

所述信号处理模块包括一个第三偏振分光镜、一个光电转换器、一个信号放大器、一个高通滤波器和一个模数转换器，所述光电转换器连接信号放大器，所述信号放大器连接高通滤波器，所述高通滤波器连接模数转换器。所述工控模块为工控计算机，所述工控机为工控计算机。

其中，球面共焦干涉仪对固体表面的速度敏感，对周围环境的的振动有很强的抑制能力，而且可以同时接收多个散射光斑，有较强的聚光能力。适合于工业现场对粗糙表面超声振动的检测。

PZT驱动器包括一个PZT驱动电路和一个微位移器，当干涉仪通过腔长微调机构调到共焦状态时，由于外界环境因素的变换，诸如温度、压力、振动等，都将使已调好的共焦状态变为非共焦状态，所以必须采取措施预以补偿，采用压电式微位移器来推动其中一个镜座，以达到补偿腔长的作用。压电伸缩器件具有结构紧凑、体积小、分辨率高、控制简单等优点，同时它没有发热问题，是较为理想的微位移器。它是利用逆压电效应，实现伸缩的。电介质在外界电场的作用下，产生应变，应变的大小与电场大小成正比，应变的方向与电场的方向有关。常用的压电材料为PZT压电陶瓷。

光电转换调节器包括一个光电转换器和一个调节器，其中光电转换器是将光强信号转变为电信号的器件，正确、合理地选用该器件，对该系统的正常工作至关重要，分析光信号的变化特点以及对控制的精度要求，直接影响光电转换器的选取。调节器的输出电压不足以用来直接驱动微位移器，因此，必须将该信号进行功率放大。

信号放大处理器，在放大电路的设计中，由于被放大信号的频率很高，幅度很小，因此在高增益的情况下，要做到噪声低，抗干扰能力强，线性度好，稳定可靠，失真小，频带宽的特点。高通滤波器为了抑制低频噪音的干扰，提高检测信噪比，有必要对放大器的输出信号进行高通滤波，一方面抑制低频噪声，另一方面对信号进一步放大。

非接触式激光超声装置技术的第一应用是检测人工缺陷，因为与经典超声学对固体内部缺陷的检测是不可缺少的方法相一致。实际上虽然激光超声的激发和接收方法与电超声截然不同，但当超声波形成之后再固体中的传播及其与缺陷的相互作用的原理就完全是一样的，也正是由于激光超声的激发与接收不须耦合剂和水浸法，还能对粗糙表面进行检测，且可遥发遥收，具有在线检测的潜力。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种激光超声检测装置,包括:

激光发生模块，用于发出激光光束;

干涉处理模块，用于接收第一光束和第三光束,其中第一光束经过光电转换转换成第一电流信号，第三光束在干涉处理模块中被解调,所述第一电流信号对第三光束的解调过程进行调节，所述第三光束解调后生成的第四光束送入信号处理模块;

2.根据权利要求1所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述分光偏振模块包括一个分光镜、第一偏振分光镜、第二偏振分光镜和一个透镜，其中所述激光发生模块发出的激光光束通过分光镜分成第一光束和第二光束，所述第一光束射向第一偏振分光镜，所述第二光束通过第二偏振分光镜全反射到被测物上，生成所述第三光束并通过所述透镜。

3.根据权利要求1或2所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述干涉处理模块包括一个球面共焦干涉仪，一个光电转换调节器和一个PZT驱动器，所述光电转换调节器的输入端连接分光偏振模块，所述光电转换调节器的输出端连接PZT驱动器的输入端，所述PZT驱动的输出端连接球面共焦干涉仪的输入端，所述球面共焦干涉仪的输出端连接所述光电转换调节器，所述球面共焦干涉仪的输出端还与信号处理模块相连接。

4.根据权利要求3所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述球面共焦干涉仪是由曲率半径相同的两个球面镜共焦放置而成。

5.根据权利要求3所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述光电转换调节器用于将光信号转换为电流信号,还用于向所述PZT驱动器输出电流信号。

6.根据权利要求3所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述PZT驱动器包括一个压电式微位移器,当所述PZT驱动器在外界环境因素的变换使已调好的共焦状态变为非共焦状态的情况下，用压电式微位移器推动其中一个镜座使所述非共焦状态重新变成共焦状态。

7.根据权利要求1或2所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述信号处理模块包括一个第三偏振分光镜、一个光电转换器、一个信号放大器、一个高通滤波器和一个模数转换器，所述光电转换器连接信号放大器，所述信号放大器连接高通滤波器，所述高通滤波器连接模数转换器。

8.根据权利要求1或2所述的一种激光超声检测装置，其特征是：所述工控模块为工控计算机。