一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统技术方案

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及复合材料检测
，特别是涉及一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。所述照明激光器输出激光波长为650nm。所述振镜是X/Y两维高速光学扫描振镜。有益效果由于采用了上述的技术方案，本专利技术与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本专利技术采用X/Y两维高速光学扫描振镜以及照明激光器发射激光和光纤激光器发射激光同光路的结构，实现了复合材料表面不同位置处缺陷/损伤的实时快速检测，降低了系统设计的复杂度，增强了系统的便携性和适用性，提高了大面型复合材料无损检测的效率。同时，借助CCD实时监测待测复合材料表面照射光的位置分布情况，有效避免了照明激光的回波光偏离接收视场而导致的自适应跟踪扫描控制算法失效的问题。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本专利技术涉及一种快速扫描式激光多普勒振动测量系统，如图1所示，包括激光多普勒振动测量单元I和探测光跟踪扫描控制单元Ⅱ两部分。光纤激光器1、相干检测光学链路2、第一望远镜3、平衡探测器4、数据采集卡5和正交微分鉴频模块6构成了激光多普勒振动测量单元I；照明激光器7、透镜组8、CCD9、振镜10、第二望远镜11、位置传感器12和位移控制器13构成了探测光跟踪扫描控制单元Ⅱ。其位置关系如图1所示，单频窄线宽连续输出光纤激光器1输出激光到相干检测光学链路2，然后由第一望远镜3出射，出射光再经振镜10的X/Y两维反射镜反射后，垂直入射到待测复合材料0的表面获取界面的振动信息，返回的光信号由同一振镜10和第一望远镜3回到相干检测光学链路2并参与光拍频物理过程，产生的光拍频信号经平衡探测器4转换为电信号，该电信号是携带有待测复合材料0振动特征的调频信号。调频信号经数据采集卡5模/数转换后，正交微分鉴频模块6对其执行信号解调处理算法，输出当前探测位置处复合材料界面的振动特征信息及其频谱分布规律，该频谱分布规律是获知待测复合材料0缺陷/损伤分布位置及分布规律的直接依据。探测光跟踪扫描控制单元中，照明激光器7的发射激光和光纤激光器1的发射激光在待测复合材料0表面的照射位置相同。照明激光器7发射激光，经透镜组8和振镜10作用后垂直入射到待测复合材料0表面；照明激光在待测复合材料0表面的回波光沿原光路返回，并由第二望远镜11接收；位置传感器12将其转换为电压信号，该电压信号携带有待测复合材料0表面处照射光照射位置的坐标信息；然后，在位移控制器13中，对上述电压信号执行自适应跟踪扫描控制算法，计算从当前探测点移动到下一探测点的位移偏量，并输出相对应的驱动电压信号到振镜的驱动信号输入端；振镜10的X/Y两维反射镜按照该驱动电压信号的幅值、极性，按照相应的方向转动对应的角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
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(I)和探测光跟踪扫描控制单元(Ⅱ)，其特征在于，所述激光多普勒振动测量单元(I)包括光纤激光器(1)、相干检测光学链路(2)、第一望远镜(3)、平衡探测器(4)、数据采集卡(5)和正交微分鉴频模块(6)；所述探测光跟踪扫描控制单元(Ⅱ)包括照明激光器(7)、透镜组(8)、振镜(10)、第二望远镜(11)、位置传感器(12)和位移控制器(13)；所述光纤激光器(1)输出探测激光经所述相干检测光学链路(2)、第一望远镜(3)和振镜(10)后，垂直入射到所述待测复合材料(0)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(10)、第一望远镜(3)回到所述相干检测光学链路(2)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(4)转换为电信号，该电信号携带有待测复合材料(0)界面振动特征的调频信号；所述的电信号经数据采集卡(5)模/数转换之后，在正交微分鉴频模块(6)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(7)发射照明激光，经透镜组(8)和振镜(10)作用后入射到待测复合材料(0)表面；照明激光在待测复合材料(0)表面的回波信号光沿原光路返回，并由所述的第二望远镜(11)接收；所述位置传感器(12)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(13)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(10)的X/Y两维反射镜转动相应的角度。...

【技术特征摘要】
1.一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(I)和探测
光跟踪扫描控制单元(Ⅱ)，其特征在于，所述激光多普勒振动测量单元(I)包括光
纤激光器(1)、相干检测光学链路(2)、第一望远镜(3)、平衡探测器(4)、数据采
集卡(5)和正交微分鉴频模块(6)；所述探测光跟踪扫描控制单元(Ⅱ)包括照明激
光器(7)、透镜组(8)、振镜(10)、第二望远镜(11)、位置传感器(12)和位移控
制器(13)；所述光纤激光器(1)输出探测激光经所述相干检测光学链路(2)、第一
望远镜(3)和振镜(10)后，垂直入射到所述待测复合材料(0)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(10)、第一望远镜(3)回
到所述相干检测光学链路(2)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(4)转换为电信号，该电信号携带有待测复合材料(0)界面振
动特征的调频信号；所述的电信号经数据采集卡(5)模/数转换之后，在正交微分鉴
频模块(6)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(7)发射照明激光，经透镜组(8)和振镜(10)作用
后入射到待测复合材料(0)表面；照明激光在待测复合材料(0)表面的回波信号光
沿原光路返回，并由所述的第二望远镜(11)接收；所述位置传感器(12)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(13...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚建华，贺岩，程小劲，刘玉英，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31