[發明專利]一種用于確定激光超聲信號起點的電磁波方法

在審

• 申請號: 202110646212.7
• 申請日: 2021-06-10
• 公開（公告）號: CN113358577A
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 李陽;陳龍;周洋;鄒云
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N21/01
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于確定激光超聲信號起點的電磁波方法。當脈沖激光輻照在被測物表面時，脈沖激光的局部高溫將燒蝕物體表面形成等離子體并輻射出電磁波，同時脈沖激光在被測物內部激勵產生超聲波。采用天線接收電磁波，并將電磁波作為激光超聲信號的參考信號或零點。該方法操作性強，克服了目前激光超聲設備采集超聲波信號時由于激光器溫升等問題產生的信號零飄，消除了檢測系統的系統誤差，實現穩定可靠地采集激光超聲信號。

技術領域

本發明屬于激光超聲無損檢測領域，具體涉及利用脈沖激光激勵產生電磁波和超聲波，并以電磁波作為脈沖激光激勵超聲波信號起點的方法。

背景技術

隨著各種重大機械裝備及精密高成本零件的生產與應用，對裝備或零件的無損檢測需求變得十分迫切。傳統的超聲檢測技術受到多種限制，如壓電探頭式超聲和水浸超聲檢測必須使用耦合劑，無法做到非接觸，電磁超聲和空氣耦合超聲檢測雖為非接觸，但探測器仍需與被測物十分接近，且信號質量有待提高。而相比于傳統的超聲檢測，激光超聲檢測技術實現了完全非接觸、無損或微損的檢測，且通過控制光路運動實現快速掃描，大幅度提高檢測效率。

對于激光超聲無損檢測系統，超聲信號的探測是十分重要的一環，目前有多種方式探測超聲信號，包括壓電傳感器、空氣耦合超聲探頭以及光學法等，而單一超聲信號接收后無法確定超聲波的起始時間，必須要有一個參考信號才能確定精確的時間起點。

當一束脈沖激光作用于被測樣表面時，被測材料受激光輻照產生等離子體并向外界輻射電磁波，電磁波和超聲波同時產生。由于電磁波速度等于光速，其傳播時間忽略不記，因此可用電磁波作為超聲波信號的起點。

發明內容

本發明旨在提出一種利用脈沖激光激勵出等離子體并產生電磁波，通過天線接收電磁波，并用以作為激光超聲信號采集的起點。該方法探測靈敏度高，可操作性強，克服了目前激光超聲采集信號時由激光器溫升等問題產生的零飄，實現了激光超聲信號的高精度采集。

本發明為實現上述目的，公開了一種用于確定激光超聲信號起點的電磁波方法，其特征在于它包括以下步驟：

(1)當脈沖激光輻照被測材料表面時，由于脈沖激光的局部高溫將燒蝕材料表面形成等離子體以輻射出電磁波，同時脈沖激光在被測物內部激勵產生超聲波；

(2)采用天線接收電磁波，并將電磁波作為激光超聲信號采集的起點；

(3)通過數據采集卡接收電磁波和超聲波信號，并將兩通道信號輸入計算機；

(4)將接收到的電磁波作為激光超聲信號的起點，精確地得到激光激勵出的超聲波的傳播時間或傳播速度。

本發明還公開了專用于激光超聲無損檢測利用電磁波作為參考信號的系統。包括脈沖激光器(1)，聚焦鏡(2)，天線(3)，信號放大器(4)，數據采集卡(5)，超聲探測器(6)，計算機(7)和被測物(8)，其特征在于：

所述的脈沖激光器(1)用于產生脈沖激光，由計算機(7)控制激發，其單束脈沖激光經聚焦后作用于被測物(8)表面。

所述的聚焦鏡(2)用于將實現脈沖激光聚焦，其焦點作用于被測物(8)表面。

所述的天線(3)用于接收由被測物(8)表面輻射產生的電磁波。

所述的超聲探測器(6)用于接收被測物(8)表面或內部傳播的超聲波。

所述的信號放大器(4)一端與天線(3)和超聲探測器(6)相連，分別實現兩通道信號的放大，一端與數據采集卡連接(5)，輸出信號。

所述的數據采集卡(5)一端與信號放大器(4)相連，另一端接入計算機(7)，實現信號采集并將信號輸入計算機(7)。

所述的計算機(7)用于實現脈沖激光的發射控制以及信號存儲與信號處理。