[发明专利]一种激光冲击波时空分布特性的检测方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及激光加工领域，具体涉及激光冲击波时空特性的检测方法和装置。

背景技术

激光冲击处理(LSP)是20世纪60年代伴随激光技术逐渐发展而兴起的一种先进加工技术，利用激光辐照固体材料表面产生的冲击波对材料表面进行冲击处理，从而提高材料的抗疲劳寿命、耐磨和耐腐蚀能力。由于用于激光处理的激光脉冲宽度很短(一般在纳秒量级)，且诱导的冲击波幅值很高(一般在GPa量级)，因此对冲击波的时空分布特性的检测比较困难。现有技术采用PVDF压电传感器对激光诱导的冲击波进行检测，但只能从总体上反映冲击波的时间特性，无法反映激光脉冲能量的空间分布对冲击波时空特性的影响。

本发明提供一种激光诱导冲击波时空特性的检测方法和装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光诱导冲击波时空分布特性的检测方法和装置，实时检测激光冲击波的时间与空间分布分布规律。

本发明的一种激光诱导冲击波时空分布特性的检测方法，利用扩束装置将激光脉冲扩束使激光光斑直径放大。扩束后的激光经分光镜，一小部分反射到激光能量计中用于测量脉冲能量，另一部分激光能量作用于隔热铝箔上，铝箔的另一侧在激光光斑辐照位置按一定规律布置多个PVDF压力传感器，检测各点的冲击波压力信号。模拟的压力信号、能量信号经A/D转换、经DSP系统采集后进行数据处理，最终输入计算机进行实时显示。

本发明采用如下技术方案，一种激光冲击波时空分布特性的检测装置，包括激光冲击模块、激光扩束系统、模拟信号采集系统、后处理系统。

所述激光冲击模块由激光器、数控工作台、约束层、隔热铝箔、能量吸收涂层组成。所述分布式压电传感器系统灵敏面紧贴于所述铝箔表面，无效面固定于所述数控工作台。所述铝箔，其受冲击面涂一层能量吸收涂层，所述涂层为黑漆。用所述约束层紧固隔热铝箔。所述激光器作为光源进行激光冲击。

为了避免激光在透镜组内部出现焦点，所述扩束系统为伽利略望远镜，即由共焦的负透镜和正透镜组成。

所述模拟信号采集系统包括分布式压电传感器、激光能量计和分光镜。所述分布式压电传感器由薄膜和螺旋分布于薄膜上的若干小片PVDF压电片组成。所述薄膜为圆形，厚度约为0.1mm。所述PVDF压电片呈螺旋分布，每转动90度远离圆心一个单位，如图3所示。所述PVDF压电片均与相同阻值电阻并联接入多通道示波器或后续处理电路。所述分光镜和激光能量计用于分光和采集激光能量信号。

所述后续处理系统，包括光电二极管，A/D转换器，DSP系统，计算机。所述光电二极管在感应到散射激光能量后产生上升沿触发所述A/D转换器和所述DSP系统工作。

本发明专利很好的解决了现有技术中不能反映激光冲击波分布细节的问题。它具有结构简单、测量准确全面、成本低、实时性强等优点，非常适宜于作为激光冲击处理领域的实验和教学工具来开发。

附图说明

图1为本发明专利的结构示意图

图2为本发明专利流程图。

图3为本发明专利中分布式压电传感器的结构示意图。

图中，1.激光器  2.激光扩束系统  3.透明玻璃约束层  4.隔热铝箔  5.分布式压电传感器  6.数控工作台  7.分光镜  8.光电二极管  9.A/D转换器  10.DSP系统  11.计算机  12.激光能量计  13.吸收层涂料  14.薄膜  15.PVDF压电片。

具体实施方式

本激光冲击波时空分布特性的检测装置由激光冲击模块、激光扩束系统、模拟信号采集系统和后处理系统组成。

所述激光冲击模块由激光器1、数控工作台6、透明玻璃约束层3、隔热铝箔4和能量吸收涂料13组成。所述分布式压电传感器5的灵敏面紧贴于所述隔热铝箔4表面，无效面固定于所述数控工作台6。所述隔热铝箔4，其受冲击面涂一层能量吸收涂层13，所述涂层为黑漆。用所述透明玻璃约束层3紧固隔热铝箔4。所述激光器1作为光源进行激光冲击。

为了避免激光在透镜组内部出现焦点，所述激光扩束系统2为由伽利略望远镜，即由共焦的负透镜和正透镜组成。