[發(fā)明專利]雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010015919.3
• 申請(qǐng)日: 2020-01-07
• 公開（公告）號(hào): CN111257236A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 龐繼紅;陳鐵然;楊煥;管翔云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 溫州大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/17
• 分類號(hào): G01N21/17;G01N29/04;G01B17/02
• 代理公司: 溫州金甌專利事務(wù)所(普通合伙) 33237
• 代理人: 林益建

本發(fā)明公開了雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法，涉及超聲波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置，其包括分別設(shè)置在樣品前后兩側(cè)的脈沖激光發(fā)射裝置和連續(xù)激光發(fā)射裝置，所述脈沖激光發(fā)射裝置發(fā)射正前方設(shè)有用于將脈沖激光束分成兩束垂直于樣品前表面的第一分束器和反光鏡，所述第一分束器與樣品表面之間設(shè)有透鏡；樣品后表面一側(cè)還設(shè)有光折變雙波混合干涉儀和光電探測(cè)器，所述連續(xù)激光發(fā)射裝置前方設(shè)有第二分束器，第二分束器將連續(xù)激光束分成兩束且一束傾斜射向樣品后表面再反射進(jìn)入所述光折變雙波混合干涉儀且另一束直接射向所述光折變雙波混合干涉儀。本發(fā)明具有降低損傷，提高測(cè)量精度的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲波檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

超聲波檢測(cè)在無(wú)損檢測(cè)中占據(jù)著主要地位，超聲波無(wú)損檢測(cè)(NDT)是結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的一種通用技術(shù)。超聲波無(wú)損傷技術(shù)是在不損壞工件或原材料的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)部件的厚度和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。該方法廣泛應(yīng)用于晶片檢測(cè)、飛機(jī)復(fù)合材料部件檢測(cè)、無(wú)縫鋼管壁厚測(cè)量等領(lǐng)域。超聲波信號(hào)最初是由一個(gè)脈沖產(chǎn)生的，利用超聲能透入金屬材料(樣品)的深處，并由一截面進(jìn)入另一截面，當(dāng)回波從樣品的后表面反射到超聲波探測(cè)器時(shí)，可以計(jì)算出樣品的厚度。在測(cè)量厚度時(shí)，即使發(fā)生微小變化，其測(cè)量精度也很高。如果一直并校準(zhǔn)超聲波傳播速度，同樣的檢測(cè)方案也可用于識(shí)別樣品內(nèi)部是否存在缺陷或裂紋。

光聲photoacoustic(PA)效應(yīng)指目標(biāo)組織吸收短脈沖激光而發(fā)出超聲波。當(dāng)采用激光照射目標(biāo)物體時(shí)，目標(biāo)物體中的的電子會(huì)吸收激光的能量，導(dǎo)致其溫度上升，激光能量轉(zhuǎn)移到晶格中，從而使目標(biāo)組織結(jié)構(gòu)發(fā)生細(xì)小變化，即發(fā)生表面原子熱脹冷縮現(xiàn)象。根據(jù)激光脈沖的峰值功率密度，超聲波可以生成三種狀態(tài)：熱彈性、燒蝕和約束狀態(tài)。熱彈性狀態(tài)下，在峰值功率密度低于106W/cm²時(shí)會(huì)產(chǎn)生超聲波；燒蝕狀態(tài)下，峰值功率密度高于106W/cm²，試樣表面熔化、蒸發(fā)，產(chǎn)生燒蝕材料和等離子體的情況。但在燒蝕過程中，燒蝕材料排出的反沖效應(yīng)和向下的等離子體壓力產(chǎn)生的動(dòng)量引起了更高的超聲信號(hào)。三種狀態(tài)下都可以產(chǎn)生超聲波，但對(duì)于表面損傷來說各不一樣。為了減少表面損傷，通過在熱彈性狀態(tài)下使用激光或在燒蝕狀態(tài)下的使用較低峰值功率的激光來增強(qiáng)光聲(PA)系統(tǒng)的信號(hào)。

非接觸檢測(cè)方法特別是上述提到光聲檢測(cè)法相比較與其他方法(接觸法、液浸法)具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)；1、接觸法多為手工檢測(cè)，操作方便、設(shè)備簡(jiǎn)單、成本較低，但是檢測(cè)的結(jié)果受人為因素影響較大。但是接觸法能夠直接耦合，入射聲能損失小，可以提供較大的厚度穿透能力。另外，接觸法需要有耦合介質(zhì)，耦合不太穩(wěn)定，并且要求被檢表面平坦、粗糙度較小。用鋯鈦酸鉛復(fù)合材料制成的壓電式電傳感器就是一種典型的接觸型無(wú)損檢測(cè)傳感器；2、液浸法的優(yōu)點(diǎn)是探頭與被檢工件不接觸，探頭使用壽命長(zhǎng)，超聲波的發(fā)射和接收均較穩(wěn)定，表面粗糙度的影響較小；便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少影響檢測(cè)可靠性的人為因素。液浸法的缺點(diǎn)是超聲波在液體和金屬表面的反射，損失了大量能量，需采用較高的增益。當(dāng)檢測(cè)高衰減材料或大厚度材料時(shí)，可能沒有足夠的能量。在較高增益下，還可能出現(xiàn)噪聲干擾。3、光聲法的優(yōu)點(diǎn)與液浸法有些許相似，探頭與被檢工件不接觸，超聲波的發(fā)射和接收均較穩(wěn)定，表面粗糙度的影響較小，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，減少影響檢測(cè)可靠性的人為因素，但是能量利用率較高，但是若沒有控制好激光脈沖的峰值功率密度將會(huì)對(duì)被檢表面造成燒蝕，導(dǎo)致表面結(jié)構(gòu)變化。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服背景技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種降低損傷，提高測(cè)量精度的雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置及其檢測(cè)方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案：雙脈沖激光超聲波檢測(cè)裝置，其包括分別設(shè)置在樣品前后兩側(cè)的脈沖激光發(fā)射裝置和連續(xù)激光發(fā)射裝置，所述脈沖激光發(fā)射裝置發(fā)射正前方設(shè)有用于將脈沖激光束分成兩束垂直于樣品前表面的第一分束器和反光鏡，所述第一分束器與樣品表面之間設(shè)有透鏡；