[发明专利]一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及材料的弹性常数检测技术领域，尤其涉及一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备。

背景技术

传统材料的弹性常数检测检验方法主要有拉伸实验法、压痕硬度法以及射线检验法，但是这些方法普遍存在效率相对较低，适用范围相对较窄以及对材料及制件缺陷做定性、定量表征精准度达不到工程高精度要求的问题。拉伸实验法和压痕硬度法属于有损检测，会对检测试件带来性能损伤；射线检测需要考虑辐射安全防护问题，保护操作人员的健康和安全问题以及存在评片要求较高等不足；传统材料无损检测检验方法不适用于对高温、腐蚀以及辐射等特殊环境被检工件弹性常数的高精度无损测量。

发明内容

本发明旨在提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法及设备，旨在解决传统无损检测方法及设备检测精度与效率较低，不适用于复杂形状，不适用于高温、腐蚀以及辐射的各向同性材料弹性常数测试环境等问题。

本发明提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；

步骤2：将探测激光照射在所述待检测材料正面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号；

步骤3：通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；

步骤4：显示和存储表面波信号随时间变化的波动图像；

步骤5：将探测激光照射在所述待检测材料反面的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得纵波信号；

步骤6：显示和存储纵波信号随时间变化的波动图像；

步骤7：根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速；

步骤8：根据固体力学理论公式计算待检测材料的弹性常数数值。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，所述步骤1中将脉冲激光通过柱透镜由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测方法中，所述激励点和待检测材料正面的接收点水平对齐，所述激励点和待检测材料反面的接收点对心对齐。

本发明还提供一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备，包括：

脉冲激光器，用于将脉冲激光聚焦后作用到待检测材料正面的激励点以产生超声波；

多普勒测振仪，用于将探测激光照射在所述待检测材料的接收点，探测激光的反射光发生多普勒效应和干涉现象，以获得表面波信号和纵波信号；

光电探测器，通过探测样品表面的脉冲激光信号提供超声波信号时间原点；

示波器，分别与多普勒测振仪和光电探测器相连接，用于显示超声波信号的时间原点，并显示和存储表面波信号和纵波信号随时间变化的波动图像；

计算机，根据波动图形进行数据拟合，消除误差，计算超声波在所述待检测材料中的传播波速。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述检测设备还包括将脉冲激光由点光源转化为线光源后再作用到待检测材料正面的激励点的柱透镜。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述待检测材料正面的接收点和待检测材料反面的接收点分别贴有一层反射膜，使探测激光照射在所述反射膜上。

在本发明的基于激光超声的弹性常数的无损检测设备中，所述脉冲激光器的单脉冲功率为100mJ连续可调，脉冲宽度为8ns

本发明的激光超声测量弹性常数精度高，适用于航空产业及特殊行业的产品；本发明采用激光超声激发超声波,能一次同时产生纵波、横波、表面波，能实现对同性材料超声波的无盲区测量；本发明采用激光激励，激光接收方式，基于热弹理论产生超声波，不需要与被检工件接触，真正实现全程非接触测量，满足高温、辐射、辐射的同性材料弹性常数测试环境。

附图说明

图1是本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测方法的流程图；

图2是本发明的一种基于激光超声的弹性常数的无损检测设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。