CN216350285U - 一种材料无损检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及材料无损检测系统，包括：激光分光光路入射端接激光器的出射端，且具有三个出射端；激光干涉光路入射端接激光分光光路的一个出射端；光电探测器入射端接激光干涉光路的出射端；振镜入射端接激光分光光路的一个出射端；第一平凸透镜布置在激光分光光路的一个出射端,且其凸面对着激光分光光路；穿孔反射镜布置在第一平凸透镜的凸面侧；第二平凸透镜布置在穿孔反射镜的反射侧,且其凸面对着穿孔反射镜；光谱仪布置在第二平凸透镜的平侧面。效果为：整个系统可以通过一个激光器所发射的激光来分析材料内部元素成分以及无损检测；可在任意工件种类下检测，无需担心对材料的标定错误，提高了准确率，提高了应用价值。

Description

一种材料无损检测系统

技术领域

本实用新型涉及工业、铁路和船舶等无损检测领域，具体涉及一种材料无损检测系统。

背景技术

在工业检测无损检测过程中，针对特定的材料是已知超声波在其内部传播特性，不同的材料传播的速度是不一样的，通过其传播速度与传播距离来定为我们的缺陷位置。依据上述原理通常需要预先标定好每一种材料的传播速度，才能更好的匹配实际作业需求，为此针对已知材料都需要提前标定其传播速度。

但在实地检测中因为环境复杂，可能存在数种不同的材料，肉眼无法判别其属于哪一类别得材料，导致每一次检测都需要标定其波速，程序繁琐，不利于非专业人士操作。

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材料无损检测系统，以克服上述现有技术中的不足。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种材料无损检测系统，包括：

激光分光光路，其入射端接激光器的出射端，且具有三个出射端；

激光干涉光路，其入射端接激光分光光路的一个出射端；

光电探测器，其入射端接激光干涉光路的出射端；

振镜，其入射端接激光分光光路的一个出射端；

第一平凸透镜,其布置在激光分光光路的一个出射端,且其凸面对着激光分光光路；

穿孔反射镜,其布置在第一平凸透镜的凸面侧；

第二平凸透镜,其布置在穿孔反射镜的反射侧,且其凸面对着穿孔反射镜；

光谱仪，其布置在第二平凸透镜的平侧面。

在上述技术方案的基础上，实用新型还可以做如下改进。

进一步，激光干涉光路包括：

第二分束镜，其布置在激光分光光路的一个出射端，且具有两个出射端；

第一凸透镜，其布置在第二分束镜的其中一个出射端；

光折变晶体，其相对布置在第二分束镜背离第一凸透镜的一侧，并正对着第一凸透镜；

第一反射镜，其布置在第二分束镜的另一个出射端，且其反射面朝向光折变晶体；

光电探测器布置在光折变晶体的出射端。

进一步，激光分光光路包括：

第一分束镜，其布置在激光器的出射端，且具有两个出射端；

第一光闸，其布置在第一分束镜的其中一个出射端，且其出射端接第二分束镜的入射端；

第二光闸，其布置在第一分束镜的另一个出射端；

第三分束镜，其布置在第二光闸的出射端，且具有两个出射端；

第一凸透镜布置在第三分束镜的其中一个出射端；

第三光闸，其布置在第三分束镜的另一个出射端；

振镜布置在第三光闸的出射端。

进一步，激光分光光路还包括：

聚焦镜，其布置在第三光闸的出射端和振镜的入射端之间。

进一步，激光分光光路还包括：

第四反射镜，其布置在第三光闸和聚焦镜之间，且反射面分别朝向第三光闸的出射端和聚焦镜的入射端。

进一步，激光分光光路还包括：

第二反射镜，其布置在第一光闸和第二分束镜之间，且反射面分别朝向第一光闸的出射端和第二分束镜的入射端。

进一步，激光分光光路还包括：

第三反射镜，其布置在第二光闸和第三分束镜之间，且反射面分别朝向第二光闸的出射端和第三分束镜的入射端。

本实用新型的有益效果是：

1)利用三种检测手段的光学特性进行光路设计，得到具有三种功能的光路，使得整个系统可以通过一个激光器所发射的激光来分析材料内部元素成分以及无损检测；

2)可在任意工件种类下检测，无需担心对材料的标定错误，提高了准确率，提高了应用价值；

3)通过对激励光束前聚焦，入射进振镜形成扫描，起到作用工件能量一致，保证激励信号强度一致。

附图说明

图1为实用新型所述材料无损检测系统的结构图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、激光器，2、光电探测器，3、振镜，4、第一平凸透镜，5、穿孔反射镜，6、第二平凸透镜，7、光谱仪，8、第一凸透镜，9、光折变晶体，10、第二分束镜，11、第一反射镜，12、第一分束镜，13、第一光闸，14、第二光闸，15、第三分束镜，16、第三光闸，17、聚焦镜，18、第四反射镜，19、第二反射镜，20、第三反射镜。

具体实施方式

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

实施例1

如图1所示，一种材料无损检测系统，包括：

激光器1、激光分光光路、激光干涉光路、光电探测器2、振镜3、第一平凸透镜4、穿孔反射镜5、第二平凸透镜6和光谱仪7；

激光器1用以发射脉冲激光；

激光分光光路入射端接激光器1的出射端，激光分光光路具有三个出射端，即激光器1所发射的脉冲激光进入激光分光光路内后，将被激光分光光路分为三束，以分别用于不同检测，为便于理解，三束激光束按照后期作用分别命名为：材料检测光束、干涉光束和激励光束；

激光干涉光路入射端接激光分光光路的一个出射端，即由激光分光光路所分出的一束激光束将进入激光干涉光路内，进入激光干涉光路内的光束为干涉光束；

光电探测器2入射端接激光干涉光路的出射端，激光干涉光路内干涉后的光汇聚到光电探测器2中，光电探测器2将信号上传至PC端，再对其分析后处理，并输出检测结果；

振镜3入射端接激光分光光路的一个出射端，即由激光分光光路所分出的一束激光束将进入振镜3内，以形成动态扫描作用在工件上，进入振镜3内的光束为激励光束；

第一平凸透镜4布置在激光分光光路的一个出射端,且其凸面对着激光分光光路，即由激光分光光路所分出的一束激光束将进入第一平凸透镜4内，进入第一平凸透镜4内的光束为材料检测光束；

穿孔反射镜5布置在第一平凸透镜4的凸面侧；

第二平凸透镜6布置在穿孔反射镜5的反射侧,且第二平凸透镜6凸面对着穿孔反射镜5；

光谱仪7布置在第二平凸透镜6的平侧面；

材料检测光束经穿孔反射镜5上的孔洞后，由第一平凸透镜4的凸面进入第一平凸透镜4内，并从其平面射出后作用在样品上，当激光作用在材料上产生等离子体烧蚀并激发样品中的物质，所形成的反射光束经第一平凸透镜4射向穿孔反射镜5的反射面，然后再由穿孔反射镜5反射进第二平凸透镜6，最终到达光谱仪7，此时光谱仪7获得等离子体激发的原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性。

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：

激光干涉光路包括：第二分束镜10、第一凸透镜8、光折变晶体9和第一反射镜11；

第二分束镜10布置在激光分光光路的一个出射端，且第二分束镜10具有两个出射端，从激光分光光路所出射的干涉光束进入第二分束镜10，将被分为两束，分别为参考光和信号光；

第一凸透镜8布置在第二分束镜10的其中一个出射端，由第二分束镜10内所射出的信号光将进入第一凸透镜8内，然后作用在工件上；

光折变晶体9相对布置在第二分束镜10背离第一凸透镜8的一侧，并正对着第一凸透镜8；

第一反射镜11布置在第二分束镜10的另一个出射端，且其反射面朝向光折变晶体9，第二分束镜10所分出的参考光则经第一反射镜11反射入光折变晶体9内；

光电探测器2布置在光折变晶体9的出射端；

光折变晶体9相当于一个自适应的分束器，失真的发射信号光和参考光能在光折变晶体9中得到实时的修正再进行干涉；

由于激励光束在工件中产超声波，当超声波到工件表面时会有微小的振动，该振动会导致信号光的反射光发生微小的变化，携带了该微小振动的信号光经第一凸透镜8、第二分束镜10后反射入光折变晶体9中，并与参考光在光折变晶体9内混合形成干涉，干涉后的光汇聚到光电探测器2中。

实施例3

如图1所示，本实施例为在实施例2的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：

激光分光光路包括：第一分束镜12、第一光闸13、第二光闸14、第三分束镜15和第三光闸16；

第一分束镜12布置在激光器1的出射端，且第一分束镜12具有两个出射端，

由激光器1所发射的脉冲激光将先由第一分束镜12分为两束；

第一光闸13布置在第一分束镜12的其中一个出射端，且其出射端接第二分束镜10的入射端，第一光闸13用于第一分束镜12与第二分束镜10之间光路的导通和关闭；

第二光闸14其布置在第一分束镜12的另一个出射端；

第三分束镜15其布置在第二光闸14的出射端，且第三分束镜15具有两个出射端，第二光闸14用于第一分束镜12与第三分束镜15之间光路的导通和关闭；

第一凸透镜8布置在第三分束镜15的其中一个出射端，由第三分束镜15射向第一凸透镜8的光束为材料检测光束；

第三光闸16布置在第三分束镜15的另一个出射端，振镜3布置在第三光闸16的出射端，第三光闸16用于第三分束镜15与振镜3之间光路的导通和关闭，由第三分束镜15经第三光闸16射向振镜3的光束为激励光束。

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：

激光分光光路还包括：聚焦镜17，聚焦镜17布置在第三光闸16的出射端和振镜3的入射端之间，聚焦镜17用于对激励光束进行聚焦。

实施例5

如图1所示，本实施例为在实施例4的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：

激光分光光路还包括：第四反射镜18，第四反射镜18布置在第三光闸16和聚焦镜17之间，且反射面分别朝向第三光闸16的出射端和聚焦镜17的入射端，经第三光闸16所发射出的光束将由第四反射镜18反射入聚焦镜17内。

实施例6

如图1所示，本实施例为在实施例4的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：

激光分光光路还包括：第二反射镜19，第二反射镜19布置在第一光闸13和第二分束镜10之间，且反射面分别朝向第一光闸13的出射端和第二分束镜10的入射端，经第一光闸13所发射出的光束将由第二反射镜19反射入第二分束镜10内。

实施例7

如图1所示，本实施例为在实施例4的基础上所进行的进一步优化，其具体如下：

激光分光光路还包括：第三反射镜20，第三反射镜20布置在第二光闸14和第三分束镜15之间，且反射面分别朝向第二光闸14的出射端和第三分束镜15的入射端，经第二光闸14所发射出的光束将由第三反射镜20反射入第三分束镜15内。

以检测金属块为例，并不局限于此类工件。

材料检测：

开启激光器1和第二光闸14，关闭第一光闸13和第三光闸16，激光器1发射指定功率的脉冲激光，并依次经第一分束镜12、第二光闸14、第三反射镜20、第三分束镜15、穿孔反射镜5后射入第一平凸透镜4，再由第一平凸透镜4的平面射出后作用在样品上，由第一平凸透镜4所射出的光束为材料检测光束，当激光作用在材料上产生等离子体烧蚀并激发样品中的物质，所形成的反射光束经第一平凸透镜4射向穿孔反射镜5的反射面，然后再由穿孔反射镜5反射进第二平凸透镜6，最终到达光谱仪7，此时光谱仪7获得等离子体激发的原子所发射的光谱，以此来识别样品中的元素组成成分，进而可以进行材料的识别、分类、定性；

无损检测：

开启激光器1、第二光闸14、第一光闸13和第三光闸16，激光器1发射指定功率的脉冲激光，先依次经第一分束镜12、第二光闸14、第三反射镜20、第三分束镜15、第三光闸16、第四反射镜18、聚焦镜17后入射至振镜3内，并形成动态扫描作用在工件上，以使工件中产生超声波信号，由振镜3所射出的光为激励光束；

与此同时，脉冲激光还会经第一分束镜12、第一光闸13、第二反射镜19、第二分束镜10、第一凸透镜8后作用在工作上，第二分束镜10会分出两束光，一束为信号光，一束为参考光，而信号光经第一凸透镜8后作用在工作上，参考光则由第一反射镜11反射入光折变晶体9内，由于激励光束在工件中产超声波，当超声波到工件表面时会有微小的振动，该振动会导致信号光的反射光发生微小的变化，携带了该微小振动的信号光经第一凸透镜8、第二分束镜10后反射入光折变晶体9中，并与参考光在光折变晶体9内混合形成干涉，干涉后的光汇聚到光电探测器2中，光电探测器2将信号上传至PC端，再对其分析后处理，并输出检测结果。

尽管上面已经示出和描述了实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对实用新型的限制，本领域的普通技术人员在实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种材料无损检测系统，其特征在于，包括：

激光分光光路，其入射端接激光器(1)的出射端，且具有三个出射端；

激光干涉光路，其入射端接激光分光光路的一个出射端；

光电探测器(2)，其入射端接激光干涉光路的出射端；

振镜(3)，其入射端接激光分光光路的一个出射端；

第一平凸透镜(4),其布置在激光分光光路的一个出射端,且其凸面对着激光分光光路；

穿孔反射镜(5),其布置在第一平凸透镜(4)的凸面侧；

第二平凸透镜(6),其布置在穿孔反射镜(5)的反射侧,且其凸面对着穿孔反射镜(5)；

光谱仪(7)，其布置在第二平凸透镜(6)的平侧面。

2.根据权利要求1所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光干涉光路包括：

第二分束镜(10)，其布置在激光分光光路的一个出射端，且具有两个出射端；

第一凸透镜(8)，其布置在第二分束镜(10)的其中一个出射端；

光折变晶体(9)，其相对布置在第二分束镜(10)背离第一凸透镜(8)的一侧，并正对着第一凸透镜(8)；

第一反射镜(11)，其布置在第二分束镜(10)的另一个出射端，且其反射面朝向光折变晶体(9)；

光电探测器(2)布置在光折变晶体(9)的出射端。

3.根据权利要求2所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光分光光路包括：

第一分束镜(12)，其布置在激光器(1)的出射端，且具有两个出射端；

第一光闸(13)，其布置在第一分束镜(12)的其中一个出射端，且其出射端接第二分束镜(10)的入射端；

第二光闸(14)，其布置在第一分束镜(12)的另一个出射端；

第三分束镜(15)，其布置在第二光闸(14)的出射端，且具有两个出射端；

第一凸透镜(8)布置在第三分束镜(15)的其中一个出射端；

第三光闸(16)，其布置在第三分束镜(15)的另一个出射端；

振镜(3)布置在第三光闸(16)的出射端。

4.根据权利要求3所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光分光光路还包括：

聚焦镜(17)，其布置在第三光闸(16)的出射端和振镜(3)的入射端之间。

5.根据权利要求4所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光分光光路还包括：

第四反射镜(18)，其布置在第三光闸(16)和聚焦镜(17)之间，且反射面分别朝向第三光闸(16)的出射端和聚焦镜(17)的入射端。

6.根据权利要求3所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光分光光路还包括：

第二反射镜(19)，其布置在第一光闸(13)和第二分束镜(10)之间，且反射面分别朝向第一光闸(13)的出射端和第二分束镜(10)的入射端。

7.根据权利要求3所述的一种材料无损检测系统，其特征在于：所述激光分光光路还包括：

第三反射镜(20)，其布置在第二光闸(14)和第三分束镜(15)之间，且反射面分别朝向第二光闸(14)的出射端和第三分束镜(15)的入射端。

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