[发明专利]一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统

说明书

本发明涉及一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统，包括激光多普勒振动测量单元和探测光跟踪扫描控制单元，所述激光多普勒振动测量单元包括光纤激光器、相干检测光学链路、第一望远镜、平衡探测器、数据采集卡和正交微分鉴频模块；所述探测光跟踪扫描控制单元包括照明激光器、透镜组、振镜、第二望远镜、位置传感器和位移控制器。本发明能够适用于大面型复合材料及其制品的快速检测，提高无损检测的效率，增强系统的适用性。

技术领域

本发明涉及复合材料检测技术领域，特别是涉及一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统。

背景技术

复合材料的高抗腐蚀特性以及优秀的强度及弹性性能，使得其在航空航天飞行器及相关部件制造中得到了广泛的应用。波音、空客等飞机制造公司已在其机型制造中不断提高复合材料的使用率，且机身、机翼、发动机叶片等构件材料从金属材料逐渐拓展到复合材料。在复合材料的制备及在役工作中，针对复合材料实施准确有效的无损检测是材料性能评估、材料结构修理的基础和前提，也是保证航空航天器成功发射和安全运行的关键手段。

目前，基于激光多普勒测振技术的复合材料无损检测是采用单点探测的工作模式实现的，这种工作形式仅能获取当前激光照射位置处的复合材料缺陷/损伤特征，检测区域有限，因而，很难适用于大面型复合材料缺陷/损伤特征的快速检测，无法快速、全面的评价复合材料的健康状况，严重制约了该检测方法的推广应用。

国内针对基于激光多普勒测振技术的复合材料无损检测研究，主要集中在单点探测方面，中国科技大学和中国工程物理研究院(绵阳)在该方面开展了初步的研究工作，并获得了相关的复合材料缺陷/损伤特征信息。而基于快速扫描式激光多普勒测振技术的复合材料实时在线无损检测方面的研究仍是一项研究空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统，能够适用于大面型复合材料及其制品的快速检测，提高无损检测的效率，增强系统的适用性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统，包括激光多普勒振动测量单元和探测光跟踪扫描控制单元，所述激光多普勒振动测量单元包括光纤激光器、相干检测光学链路、第一望远镜、平衡探测器、数据采集卡和正交微分鉴频模块；所述探测光跟踪扫描控制单元包括照明激光器、透镜组、振镜、第二望远镜、位置传感器和位移控制器；所述光纤激光器输出探测激光经所述相干检测光学链路、第一望远镜和振镜后，垂直入射到所述待测复合材料的表面，获取材料界面的振动特征信息；探测激光的回波光信号经所述振镜、第一望远镜回到所述相干检测光学链路并参与光拍频物理过程形成光拍频信号；所述光拍频信号经所述平衡探测器转换为电信号，该电信号携带有待测复合材料界面振动特征的调频信号；所述的电信号经数据采集卡模/数转换之后，在正交微分鉴频模块中执行信号解调处理算法，最终得到复合材料界面的振动特征信息及其频谱分布规律；所述照明激光器发射照明激光，经透镜组和振镜作用后入射到待测复合材料表面；照明激光在待测复合材料表面的回波信号光沿原光路返回，并由所述的第二望远镜接收；所述位置传感器探测所述的照明激光回波信号光，输出含有其位置坐标信息的电压信号；所述位移控制器对所述的电压信号执行自适应跟踪扫描控制算法，并输出电压信号驱动振镜的X/Y两维反射镜转动相应的角度。

所述照明激光器发射的照明激光和光纤激光器发射的探测激光沿相同光路入射到待测复合材料表面，两束光在待测复合材料表面的照射位置相同，照明激光的位置变化即探测激光的位置变化；所述振镜的X/Y两维反射镜的转动，在引起照明激光位置变化的同时，同时引起探测激光位置改变；在不同照射位置处，激光多普勒振动测量单元获取所述位置处待测复合材料界面的振动特征，实现材料界面振动特征的逐点扫描检测；所述探测光跟踪扫描控制单元中的CCD实时监测待测复合材料表面的照射激光位置分布情况。

所述激光多普勒振动测量单元的工作方式为零差探测方式。

所述光纤激光器为单频窄线宽连续输出光纤激光器，且输出激光波长为1550nm。