[发明专利]一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测系统及方法

说明书

本发明公开了一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测系统及方法，该系统包括激光发生器、激光传输装置、精密移动装置、激光超声信号检测装置和控制模块，激光发生器发出的激光经激光传输装置后照射在被测样品表面，激光超声信号检测装置检测被测样品内部的超声信号，传输到控制模块进行分析处理和显示，确定被检初始特征位置，控制模块反馈控制精密移动装置以调节激光传输装置输出端各光纤之间的间距，获得被检特征清晰形貌特征。本发明通过控制光纤阵列各光纤间距实现激光超声信号增强方向的转向和定点聚焦，来实现对被测样品的快速扫描和获得被检特征的进一步形貌特征，显著提高了检测效率和探伤精度。

技术领域

本发明属于无损检测领域，涉及一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测系统及方法。

背景技术

激光超声是一种非接触，高精度，无损伤的新型超声检测技术。它利用激光脉冲在被检测工件中激发超声波，并用激光束探测超声波的传播，从而获取工件信息，比如工件厚度、内部及表面被检特征，材料参数等等。在材料被检特征检测、加工检测、以及高温、腐蚀、辐射等恶劣的环境下设备的监测中具有广阔的应用前景。

相比于其他无损检测技术，激光超声检测技术具有成本低、易操作、精度高等优势，在未来无损探伤领域有很大的发展潜力。然而，现有的激光超声激发与检测方法一般采用单点源或者线源照射被测样品，受限于脉冲激光器的能量和重复频率，激发效果和信号的强度以及检测速率有限，不利于对样品内部被检特征的检测，因而很有必要通过相控阵列激光激发的方法来增强超声波强度以实现内部被检特征的检测。但是目前已有的阵列激光方法多不能实现超声信号增强方向的快速转向和定点聚焦，其效率低下，精度不高。

发明内容

发明目的：为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测系统及方法，通过控制光纤阵列各光纤间距实现激光超声信号增强方向的转向和定点聚焦，来实现对被测样品的快速扫描和获得被检特征的进一步形貌特征，显著提高了检测效率和探伤精度。

技术方案：为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测系统，该系统包括激光发生器、激光传输装置、精密移动装置、激光超声信号检测装置和控制模块，激光发生器发出的激光经激光传输装置后照射在被测样品表面，激光超声信号检测装置检测被测样品内部的超声信号，传输到控制模块进行分析处理和显示，确定被检初始特征位置，控制模块反馈控制精密移动装置以调节激光传输装置输出端各光纤之间的间距，获得被检特征清晰形貌特征。

可选的，激光传输装置包括凸透镜、光纤耦合器和光纤阵列，激光发生器发出的激光经凸透镜聚焦之后入射到光纤耦合器上，光纤耦合器连接光纤阵列的输入端，光纤阵列的输出端与精密移动装置连接，光纤阵列包括n根(n≥2)型号相同，长度成等差排列的光纤，且精密移动装置用于调节光纤阵列输出端各光纤间距。

可选的，精密移动装置为一个或多个步进电机，或为其它能够控制光纤输出端移动的装置，精密移动装置控制光纤阵列输出端的位置在一条线上变化，使竖直照射在被测样品上的激光光斑成线性阵列排布。

可选的，激光超声信号检测装置为接触式的超声感应器或光学干涉仪。

可选的，控制模块包括信号处理电路、示波器和计算机，信号处理电路对激光超声信号检测装置输出的超声信号处理后一方面通过示波器进行显示波形，另一方面输入计算机进行分析处理，计算机根据处理结果反馈控制精密移动装置调整激光传输装置输出端各光纤的间距。

可选的，该系统还包括电控位移台和步进电机，被测样品放置在电控位移台上，控制模块通过控制步进电机的转动来控制电控位移台，实现被测样品的移动。

本发明另一实施例中，还提供了一种实现超声快速扫描和定点聚焦的激光超声激发与检测方法，包括以下步骤：

(1)系统对被测样品进行快速扫描；