一种金属内部缺陷的新型超声检测系统技术方案

本实用新型专利技术实用新型专利技术了一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，系统包括环形器通过隔离器与窄线宽激光器连接组成的光纤斐索干涉仪检测系统、光纤调节器、电动精准位移平台、凸透镜、分光镜、空间脉冲激光器、光电探测器、示波器和信号分析识别模块，用脉冲激光在金属表面激发超声，用光纤斐索干涉仪检测系统对超声信号进行非接触式探测，配合电动精准位移平台，驱动待测金属样品进行二维光学扫描检测，获取金属表面的超声信号；再利用信号分析识别模块对探测时域信号进行处理，得到金属内部缺陷位置和尺寸的信息。该系统搭建简单、使用灵活、探测精度高、无损和非接触探测，实现金属内部缺陷的超高精度光声检测，在超声精密检测领域具有重要的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种金属内部缺陷的新型超声检测系统
本技术属于激光超声无损检测领域，具体涉及一种金属内部缺陷的新型超声检测系统。
技术介绍
激光超声检测技术作为一种新型的超声无损检测手段，主要用于材料表面及内部的缺陷状况检测。该技术利用激光实现超声的激发与检测。与传统的压电超声技术相比，激光超声检测技术具有非接触、频带宽、空间分辨率高等优点，并且能够在高温、高压、腐蚀、辐射等特殊环境下正常工作，具有极强的环境适应性。因此激光超声检测技术在材料表征、缺陷检测、加工过程监测等方面均得到广泛的应用。现阶段存在的超声检测系统种类繁多，其区别主要在于超声激发设备与超声探测器的不同。对于超声探测器而言，当前常用的设备为PZT压电陶瓷、EMAT电磁超声传感器、激光干涉仪以及多普勒测振仪等。2017年，ChuanyongWang等人于“Optics&LaserTechnology”发表了“Widthgaugingofsurfaceslotusinglaser-generatedRayleighwaves”。文中利用脉冲激光激发超声波，并使用激光干涉仪对超声信号进行检测，从而实现铝板表面矩形缺陷宽度与位置信息的定量测量。2017年，ZhongYunjie等人于“JournalofNondestructiveEvaluation”发表了“SimulationofLaserUltrasonicsforDetectionofSurface-ConnectedRailDefects”，使用激光超声检测系统对铁轨表面的微小裂痕进行了检测。>本申请在激光超声的基础上，结合了光纤传感技术以实现超声信号的识别与测量，该系统在保持高时空分辨率、高信噪比的基础上，有效缩减了设备的购买成本，并且使用灵活、调试方便、精度可达到0.01mm，对样品表面、内部等多种类型缺陷均可进行有效的检测，在激光超声无损检测领域具有一定的应用潜力。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，该系统可以在无损伤的前提下，对金属内部缺陷进行超声扫描检测，并对缺陷位置、横向与纵向尺寸的信息进行超高精度检测。实现本技术目的的技术方案是：一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，包括窄线宽激光器、隔离器、环形器、光纤调节器、电动精准位移平台、凸透镜、分光镜、空间脉冲激光器、光电探测器、示波器和信号分析识别模块，待测金属样品固定在电动精准移动平台上，电动精准移动平台的一侧依次设有凸透镜、分光镜和空间脉冲激光器，空间脉冲激光器射出激光经分光镜分为两部分能量，一部分能量被空间光电探测器接收转为电信号后传输至示波器中作为触发信号，另一部分激光经过凸透镜聚焦于固定在电动精准移动平台上待测金属样品表面，用于激发超声；环形器设在电动精准移动平台的另一侧通过光纤调节器调节固定作为探测头，环形器通过隔离器与窄线宽激光器连接，组成光纤斐索干涉仪检测系统，环形器的输出端还与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与信号分析识别模块的输入端连接，探测头将信号传输至光电探测器中，光电探测器输出干涉信号，将干涉信号输入示波器中，示波器输出探测信号，探测信号经过信号分析识别模块的整合处理，得到探测结果。所述的空间脉冲激光器，输出的激光聚焦点与环形器末端的光纤探头，分别位于待测金属样品的两侧，且处于同一直线。所述的空间脉冲激光器，为Nd:YAG固体激光器，激光波长1064nm，脉宽6ns。所述的光纤调节器，可在X-Y-Z方向进行调节，调节精度为0.01mm。所述的窄线宽激光器、光隔离器、环形器、光电探测器，工作波长均为1550nm。所述的信号分析识别模块，采用现有技术，通过计算机算法编程对探测信号进行处理来获得探测结果，包括探测信号的滤波处理、纵波与横波的信号识别、纵波与横波幅值的比值计算、信号接收时间变化的提取这四个部分。该系统的工作原理为：使用脉冲激光辐射到材料表面，若控制激光能量低于材料损伤阈值，即可引发热弹效应，从而产生瑞利波、横波、纵波等类型的超声波。当样品内部存在缺陷时，上述超声波在传递过程中会受缺陷影响，使信号形状、幅值大小、接收时间等特征发生不同程度的变化。本技术通过提取不同扫描位置的时域信号特征和对信号特征的计算，来对缺陷的位置、大小、形状等信息进行确定。有益效果：本技术提供的一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，该系统使用脉冲激光器激发超声波，实现了非接触、无损伤的超声检测；使用光纤斐索干涉仪检测系统检测超声，具有极高的时间及空间分辨率；使用信号分析识别模块，可精准的分析出缺陷的信息；本系统搭建简单，调节方便，可在高温、高压、强电磁干扰等恶劣环境下正常工作；可检测的缺陷类型众多，可对表面裂纹、缺口、沟槽，内部气孔、空腔等类型的缺陷进行超声检测。附图说明图1为一种金属内部缺陷的新型超声检测系统的结构示意图；图2为扫描检测得到的内部缺陷成像图；图中：1.窄线宽激光器2.隔离器3.环形器4.光纤调节器5.光电探测器6.待测样品7.电动精确位移平台8.空间脉冲激光器9.分光镜10.凸透镜11.空间光电探测器12.示波器13.信号分析识别模块。具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术做进一步阐述，但不是对本技术的限定。如图1所示，一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，包括窄线宽激光器、隔离器、环形器、光纤调节器、电动精准位移平台、凸透镜、分光镜、空间脉冲激光器、光电探测器、示波器和信号分析识别模块，待测金属样品固定在电动精准移动平台上，电动精准移动平台的一侧依次设有凸透镜、分光镜和空间脉冲激光器，空间脉冲激光器射出激光经分光镜分为两部分能量，一部分能量被空间光电探测器接收转为电信号后传输至示波器中作为触发信号，另一部分激光经过凸透镜聚焦于固定在电动精准移动平台上待测金属样品表面，用于激发超声；环形器设在电动精准移动平台的另一侧通过光纤调节器调节固定作为探测头，环形器通过隔离器与窄线宽激光器连接，组成光纤斐索干涉仪检测系统，环形器的输出端还与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与信号分析识别模块的输入端连接，探测头将信号传输至光电探测器中，光电探测器输出干涉信号，将干涉信号输入示波器中，示波器输出探测信号，探测信号经过信号分析识别模块的整合处理，得到探测结果。所述的示波器，采用高分辨率示波器，其最高采样频率为20GSa/s。所述的空间脉冲激光器，输出的激光聚焦点与环形器末端的光纤探头，分别位于待测金属样品的两侧，且处于同一直线，扫描时保持二者位置不变，只移动检测样品。所述的空间脉冲激光器，为Nd:YAG固体激光器，激光波长1064nm，脉宽6ns。所述的光纤调节器，可在X-Y-Z方向进行调节，调节精度为0.01mm。所述的窄线宽激光器、光隔离器、环形器、光电探测器，工作波长均为1550本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，其特征在于，包括窄线宽激光器、隔离器、环形器、光纤调节器、电动精准位移平台、凸透镜、分光镜、空间脉冲激光器、光电探测器、示波器和信号分析识别模块，待测金属样品固定在电动精准移动平台上，电动精准移动平台的一侧依次设有凸透镜、分光镜和空间脉冲激光器，空间脉冲激光器射出激光经分光镜分为两部分能量，一部分能量被空间光电探测器接收转为电信号后传输至示波器中作为触发信号，另一部分激光经过凸透镜聚焦于固定在电动精准移动平台上待测金属样品表面，用于激发超声；环形器设在电动精准移动平台的另一侧通过光纤调节器调节固定作为探测头，环形器通过隔离器与窄线宽激光器连接，组成光纤斐索干涉仪检测系统，环形器的输出端还与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与信号分析识别模块的输入端连接，探测头将信号传输至光电探测器中，光电探测器输出干涉信号，将干涉信号输入示波器中，示波器输出探测信号，探测信号经过信号分析识别模块的整合处理，得到探测结果。/n

【技术特征摘要】
1.一种金属内部缺陷的新型超声检测系统，其特征在于，包括窄线宽激光器、隔离器、环形器、光纤调节器、电动精准位移平台、凸透镜、分光镜、空间脉冲激光器、光电探测器、示波器和信号分析识别模块，待测金属样品固定在电动精准移动平台上，电动精准移动平台的一侧依次设有凸透镜、分光镜和空间脉冲激光器，空间脉冲激光器射出激光经分光镜分为两部分能量，一部分能量被空间光电探测器接收转为电信号后传输至示波器中作为触发信号，另一部分激光经过凸透镜聚焦于固定在电动精准移动平台上待测金属样品表面，用于激发超声；环形器设在电动精准移动平台的另一侧通过光纤调节器调节固定作为探测头，环形器通过隔离器与窄线宽激光器连接，组成光纤斐索干涉仪检测系统，环形器的输出端还与光电探测器的输入端连接，光电探测器的输出端与示波器的输入端连接，示波器的输出端与信号分析识别模块的输入端连接，探测头将信号传输至光电探测器中，光电探测器输出干涉信号，将干涉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶智勇，刘文备，闫文波，刘欢，樊亚仙，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：新型
国别省市：广西;45