[发明专利]基于双测量光束的激光声表面波探测系统及其使用方法

说明书

本发明公开了一种基于双测量光束的激光声表面波探测系统及其使用方法，激光声表面波探测系统，包括：控制器、光学检测系统集成箱体和步进电机，光学检测系统集成箱体包括：偏振型激光器、第一非偏振分光棱镜、数字示波器、第一分光结构和第二分光结构，本发明的激光声表面波探测系统结构简单，操作方便，其使用方法能够测量激光声表面波速度，可对激光声表面波的激发点源进行精确定位，通过计算机控制能够显著提高工作效率，为激光声表面波在实际应用中提供新的速度测量方法，对激光声表面波检测系统的精确测量以及工业自动化具有重要意义，满足了无损和自动化测量的要求。

技术领域

本发明属于激光声表面波测量技术领域，具体来说涉及一种基于双测量光束的激光声表面波探测系统及其使用方法。

背景技术

激光的声表面波技术是应用激光与样品表面的相互作用来激发声表面波，是通过声表面波在样品表面的传播特性进行精确、无损测量的技术。由于激光声表面波的振动幅值向下渗透约1～2个波长，能量主要集中于表层，因此该技术尤其适合样品表面及亚表面的测量，广泛应用在薄膜、表层探伤等领域。

激光声表面波的测量方式有接触式和非接触式两大类，由于非接触式测量避免了接触式对样品的污染和损伤，满足了无损测量的需求，因而在激光声表面波测量中被广泛应用。激光声表面波在样品表面的传播速度与样品的杨氏模量有关，当样品表面受损后将导致杨氏模量发生变化从而使样品表层的物理基本性质发生变化，若对工业中的零件来说将直接影响其使役性能，缩短寿命。因此测量激光声表面波在样品表面传播速度对样品表层性能的监测具有重要意义。而传播速度的测量，需要测量激光声表面波激发源与检测位置之间的绝对距离，若采用直接对激发源和检测位置手动测量的方式，则不仅对激发源的定位不精确，存在较大测量误差，还大大降低了实验效率，不满足现代自动化的发展需求。

由于激发源与检测源的距离直接涉及激光声表面波速度的测量，其测量精度影响激光声表面波在实际应用系统中的检测准确性，因此该问题不可忽视。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于双测量光束的激光声表面波探测系统及其使用方法，该激光声表面波探测系统基于外差干涉技术，能够同时测量两个检测光斑的声表面波信号，进而测量激光声表面波速度，通过激光声表面波速度能够对激光声表面波的激发点源进行精确定位。

为此，本发明的技术方案如下：

一种基于双测量光束的激光声表面波探测系统，包括：控制器、光学检测系统集成箱体和步进电机，所述光学检测系统集成箱体包括：偏振型激光器、第一非偏振分光棱镜、数字示波器、第一分光结构和第二分光结构，

所述第一非偏振分光棱镜用于将所述偏振型激光器发射的激光分成两束传播方向相互垂直且光强相等的激光；两束激光分别射入第一分光结构和第二分光结构；所述第一分光结构和第二分光结构分别包括：第二非偏振分光棱镜、道威棱镜、偏振分光棱镜、声光调制器、光电探测器、相位解调电路和四分之一波片，射入所述第一分光结构和第二分光结构的激光在经过所述第二非偏振分光棱镜时均发生透射和反射，激光的透射与反射方向相互垂直，其中，反射的激光从所述道威棱镜的最长表面射入该道威棱镜，从所述道威棱镜射出经过所述偏振分光棱镜、线偏振片和第一聚焦透镜形成参考光束；从所述第二非偏振分光棱镜透射的激光经过所述声光调制器调制频率，调制后激光在所述偏振分光棱镜发生透射,然后依次经过四分之一波片和第二聚焦透镜，激光透过所述第二聚焦透镜形成检测光束并在样品表面垂直投射聚焦形成直径3～5μm的检测光斑；

所述第一分光结构和第二分光结构在所述样品表面垂直投射聚焦形成2个距离5～15mm的检测光斑，得到检测光斑A点和检测光斑B点；脉冲激光器用于激发激光声表面波，所述脉冲激光器所发射的激光在样品表面投射聚焦形成激发点源O点；