CN101799453A - 一种新型的双波混合干涉检测超声振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型的双波混合干涉检测超声振动的装置及方法。该装置包括一个连续激光源(1)，激光经50/50分束镜(2)分成两路，第一路激光经二分之一波片(3)后，全透射经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，经凸透镜(6)会聚到试块(7)表面，携带了试块(7)超声振动的光束经试块(7)表面反射经过凸透镜(6)和四分之一波片(5)，该光全反射经过偏振耦合镜(4)，经过二分之一波片(8)射入铌酸锂晶体(9)；第二路激光经反射镜(10)反射，再通过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)；第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光在铌酸锂晶体(9)中形成干涉，干涉后的光经过会聚透镜(12)会聚到光电接收器(13)中。通过此装置，可以将光电接收器(13)接收的光强转化为电信号，经过信号处理可以解调出超声信号，根据该超声振动的信号图可以对材料的特性等做出评价。

Description

一种新型的双波混合干涉检测超声振动装置

技术领域

本发明涉及一种激光双波混合干涉的装置及方法，尤其是一种能检测介质中超声振动的激光超声检测系统。

背景技术

目前，激光超声检测技术已在无损检测领域广泛应用，而常见的激光超声检测系统有光外差干涉检测装置和共焦法布里珀罗干涉装置(简称CFPI)等，但这些装置都存在一些不足之处。首先外差干涉系统检测时对周围环境的振动很敏感，而将该装置应用于工业现场检测时不可避免的扰动会影响探测结果的准确性，并且该装置的光路调试比较的困难。虽然CFPI对固体表面的速度敏感，对周围环境的振动有很强的抑制能力，但是CFPI要求有稳定的工作点，而且系统的系统设计难度大和成本很高。工业检测要求要有高的灵敏度而且系统造价要低，本发明就是基于这种需要而设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用简单，比传统装置和方法精度更高、成本更低的装置及方法。

本发明的装置包括一个连续激光源(1)，激光经50/50分束镜(2)分成两路，第一路激光作为探测光束经二分之一波片(3)后，全透射经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，再经过凸透镜(6)会聚到试块(7)表面，携带了试块(7)表面超声振动的光经试块(7)表面反射，再次经过会聚透镜(6)和四分之一波片(5)，反射回来的光全反射经过偏振耦合镜(4)，该光经过二分之一波片(8)射入铌酸锂晶体(9)中；第二路激光作为参考光束经反射镜(10)反射，再经过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)中；第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光在铌酸锂晶体(9)中形成干涉，干涉后的光经过凸透镜(12)会聚到光电接收器(13)中，光电探测器接收的光强转化为电信号，经过信号处理可以解调出试块(7)中的超声信号。

本新型装置和方法的有益效果是采用铌酸锂晶体，对干涉前的信号光和参考光进行波前实时修正，能很好的抑制周围环境振动产生的噪声，另外成功使用了激光器的线偏振光，能有效防止回授光对光源稳定性的干扰，另外，通过偏振耦合镜的使用，还可以消除杂散光对干涉的影响，除此之外，该装置还充分利用了所有光强，灵敏度比传统干涉仪装置高。

附图说明

附图1给出了本发明的装置原理图。

附图2给出了本发明的装置的双波混合干涉原理图。

附图3给出了本发明的装置检测超声振动的实施例。

具体实施方式

实施例1：

如附图1所示，该激光超声检测装置包括：连续激光源(1)，50/50分束镜(2)，二分之一波片(3)，偏振耦合镜(4)，四分之一波片(5)，凸透镜(6)，检测材料(7)，二分之一波片(8)，铌酸锂晶体(9)，反射镜(10)，平面镜(11)，凸透镜(12)，光电接收器(13)。

激光源(1)产生波长为532nm的连续激光，激光经50/50分束镜(2)分成两路，第一路激光作为探测光束经二分之一波片(3)后，全透射经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，再经过凸透镜(6)会聚到试块(7)表面，携带了试块(7)表面超声振动的光经试块(7)表面反射，再次经过会聚透镜(6)和四分之一波片(5)，两次经过四分之一波片(5)的激光偏振方向改变了90°，该光全反射经过偏振耦合镜(4)，该光经过二分之一波片(8)射入铌酸锂晶体(9)中；第二路激光作为参考光束经反射镜(10)反射，再经过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)中；第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光在铌酸锂晶体(9)中形成干涉，干涉后的光经过凸透镜(12)会聚到光电接收器(13)中。

实施例2：

如附图2所示，该双波混合干涉装置包括：铌酸锂晶体(9)，凸透镜(12)，光电接收器(13)，参考光(14)，信号光(15)。

参考光(14)和信号光(15)射入铌酸锂晶体(9)中，干涉后形成动态全息光栅，出来的光束经过凸透镜(12)射入光电接收器(13)，光信号转变成电信号。

实施例3：

如附图3所示，该激光超声检测装置包括：连续激光源(1)，50/50分束镜(2)，二分之一波片(3)，偏振耦合镜(4)，四分之一波片(5)，凸透镜(6)，检测材料(7)，二分之一波片(8)，铌酸锂晶体(9)，反射镜(10)，平面镜(11)，凸透镜(12)，光电接收器(13)。

激光源(1)产生波长为532nm的连续激光，且该光束的偏振方向是垂直的，激光经50/50分束镜(2)分成两路光束，第一路激光作为探测光束经二分之一波片(3)之后，激光的偏振方向改变了90°变为水平方向的偏振光，光束全透经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，经凸透镜(6)会聚到试块材料(7)表面，携带了试块(7)表面超声振动的光经试块(7)表面反射经过凸透镜(6)和四分之一波片(5)，两次经过四分之一波片(5)的激光光束偏振方向改变了90°，变为垂直方向偏振的激光，该光束全反经过偏振耦合镜(4)，经过二分之一波片(8)，该光偏振方向变成垂直方向的，射入铌酸锂晶体(9)中；第二路激光作为参考光束经反射镜(10)反射，再通过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)中，参考光进入铌酸锂晶体(9)之前，利用平面镜(10)和平面镜(11)，将参考光和信号光的夹角调整到20～30°之间，且经50/50分束镜(2)分出的信号光和参考光到达铌酸锂晶体(9)经过的光程相等。第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光的同为垂直方向偏振的激光，在铌酸锂晶体(9)中两光波混合形成干涉，干涉后的光经过凸透镜(12)会聚到光电接收器(13)中。

通过对光电接收器(13)接收的光进行放大处理，并利用简单的信号处理可将该信号中携带的超声振动解调出来，该超声信号图就携带了有关材料特性和缺陷的参数，根据这个可以对试块的材料性质做出评价。

Claims (4)

1.一种新型的双波混合干涉检测超声振动的装置，其特征在于：该装置包括：连续激光源(1)，50/50分束镜(2)，二分之一波片(3)，偏振耦合镜(4)，四分之一波片(5)，凸透镜(6)，检测材料(7)，二分之一波片(8)，铌酸锂晶体(9)，平面镜(10)，平面镜(11)，凸透镜(12)，光电接收器(13)。

激光源(1)产生的是波长为532nm的连续激光，激光经50/50分束镜(2)分成两路，第一路激光作为探测光束经二分之一波片(3)后，全透射经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，再经过凸透镜(6)会聚到试块材料(7)表面，携带了试块(7)表面超声振动的光经试块(7)表面反射，再次经过会聚透镜(6)和四分之一波片(5)，该光束全反经过偏振耦合镜(4)，再经过二分之一波片(8)射入铌酸锂晶体(9)中；第二路激光作为参考光束经反射镜(10)反射，再通过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)中；第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光在铌酸锂晶体(9)中两光波混合干涉，干涉后的光经过凸透镜(12)会聚到光电接收器(13)中。

2.如权利要求1所述的双波混合干涉检测超声振动的装置，其特征在于：参考光进入铌酸锂晶体(9)之前，利用平面镜(10)和平面镜(11)，将参考光和信号光的夹角调整到20～30°之间。

3.如权利要求1所述的双波混合干涉检测超声振动的装置，其特征在于：经50/50分束镜(2)分出的信号光和参考光到达铌酸锂晶体(9)所经过的光程必须相等。

4.一种新型的双波混合干涉检测超声振动的方法，其特征在于：该方法通过激光源(1)产生波长为532nm的连续激光，且该光束的偏振方向是垂直的，激光经50/50分束镜(2)分成两路光束，第一路激光作为探测光束经二分之一波片(3)之后，激光的偏振方向改变了90°变为水平方向的偏振光，光束全透经过偏振耦合镜(4)，透过的光束经过四分之一波片(5)，经凸透镜(6)会聚到试块材料(7)表面，携带了试块(7)表面超声振动的光经试块(7)表面反射经过凸透镜(6)和四分之一波片(5)，两次经过四分之一波片(5)的激光光束偏振方向改变了90°，变为垂直方向偏振的激光，该光束全反经过偏振耦合镜(4)，经过二分之一波片(8)，该光偏振方向变成垂直方向的，射入铌酸锂晶体(9)中；第二路激光作为参考光束经反射镜(10)反射，再通过反射镜(11)反射进入铌酸锂晶体(9)中；第一路携带了超声振动的信号光和第二路参考光的同为垂直方向偏振的激光，在铌酸锂晶体(9)中两光波混合形成干涉，干涉后的光经过凸透镜(12)会聚到光电接收器(13)中。将光电接收器(13)接收的光强转化为电信号，经过信号处理可以解调出超声信号，根据该超声振动的信号图可以对材料的特性等做出评价。

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