CN113984894A - 一种基于双波混频的激光超声无损检测装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双波混频的激光超声无损检测装置及其方法，包括：光纤脉冲激光器、阵列产生模块、第一扫描振镜、检测模块、同步发生模块和处理模块。脉冲激光经过阵列产生模块变为多束脉冲激光，每束脉冲激光照射到被测试件并在被测试件的不同位置同时激发出超声波信号，超声波信号被试件表面裂纹调制，检测模块对超声波信号进行检测并将超声波信号转换为电信号，处理模块对电信号进行分析处理并对被测试件进行评价。本发明还公开了一种激光超声无损检测方法。本发明具有检测范围广、可以抵抗低频噪声干扰、检测效率高等优点。

Description

一种基于双波混频的激光超声无损检测装置及其方法

技术领域

本发明属于激光检测领域，具体涉及一种基于双波混频的激光超声无损检测装置及其方法。

背景技术

传统的超声无损检测技术基本上是利用压电换能器来发射和接收超声波信号，这种方法的优点是灵敏度较高，步骤简单，器件价格较便宜，所以这种方法得到了广泛的使用。但是这种方法的带宽有限,换能器必须紧贴在样品上才能进行检测，并且比较容易受到外部环境的干扰，在一些恶劣的工业环境(如高温、高压、高腐蚀等)下该技术有很大的局限性，无法实现非接触式在线检测。

与传统的超声换能器技术相比，激光超声是非接触检测方法，其基本思路是通过脉冲激光照射在被测工件上，被测工件产生的超声波信号通过测振仪或换能器来进行检测，该方法不必接触试件表面即可实现对被测工件的检测，其检测的信号无论在时间上和空间上都具有很高的分辨率。

常见的激光超声激发为单点光源激发，检测效率低，激发的超声波信号幅值较小，信号极易湮没在噪声中。常见的激光超声检测方法有光偏转检测技术、光外差干涉技术和双波混频干涉检测等，但这些方法都有一些不足之处。光偏转检测技术抗干扰能力一般并且检测方法受制于光强接收装置的反应时间和灵敏度。光外差干涉技术响应频率宽，对表面位移灵敏，但无法消除工业现场各种振动对探测的干扰，通常只适用于实验室条件下光滑表面的超声振动探测。双波混频干涉仪具有很强的聚光能力，可以对粗糙表面进行测量，但现有的双波混频干涉仪没有扫描功能，只能通过移动被测工件来完成对试件各个测点的检测。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种基于双波混频的激光超声无损检测装置，包括：光纤脉冲激光器，用于产生脉冲激光；阵列产生模块，用于将脉冲激光扩展成多束脉冲激光进行输出；第一扫描振镜，用于将阵列产生模块的多束脉冲激光投射到被测试件上；检测模块，用于收集经被测试件调制的超声波信号，并将超声波信号转换为电信号输出；处理模块，用于采集检测模块输出的电信号并进行分析；同步信号发生模块，用于向光纤脉冲激光器和处理模块发送同步指令，使光纤脉冲激光器和处理模块工作时间同步；其中，光纤脉冲激光器与阵列产生模块连接，同步信号发生模块与光纤脉冲激光器连接，同步信号发生模块还与处理模块连接；阵列产生模块包括光纤耦合器，光纤耦合器能够将光纤脉冲激光器输入的一路脉冲激光扩展成至少2路脉冲激光；光纤耦合器包括至少2路光纤，在每路光纤上脉冲激光经过的距离不同，使每路脉冲激光出射时具有一定的时间间隔；光纤耦合器能够通过调节每路光纤的长度，进而调整每路脉冲激光出射的时间间隔。

进一步的，阵列产生模块还包括至少2个准直器，每个准直器连接于一路光纤，阵列产生模块能够通过改变每个准直器之间的距离，从而调整每路脉冲激光之间的距离，进而改变超声波信号在被测试件中的传播方向。

进一步的，阵列产生模块能够通过改变每路光纤的长度，进而改变超声波信号在被测试件中的传播方向。

进一步的，检测模块包括激光器、调光组件、第一检测单元、第二检测单元和接收单元；激光器用于产生连续激光；调光组件用于调节连续激光；第一检测单元或第二检测单元用于将连续激光分为测试光和参考光，在同一时刻，仅有第一检测单元和第二检测单元之中的一个检测单元工作；测试光投射至被测试件上，并收集从被测试件上反射的信号光，信号光含有被测信息，第一检测单元或第二检测单元将信号光和参考光传输至接收单元；接收单元用于将信号光中的被测信息进行解调，并将光信号转化成电信号输出。

进一步的，第一检测单元具有第一焦点，第二检测单元具有第二焦点，被测试件设于第一焦点与第二焦点构成的直线上。

进一步的，第一检测单元包括：第一偏振分光棱镜，用于将进入第一检测单元的连续激光分为参考光与测试光；第二扫描振镜，用于将测试光投射到被测试件上；第二偏振分光棱镜，用于改变反射回来的信号光的方向；第一四分之一波片，用于改变信号光及测试光的偏振态；第一透镜与第二透镜，用于组成第一伽利略光学系统，对测试光进行扩束，对信号光进行缩束；第三透镜，用于收集信号光。

进一步的，调光组件包括反射镜轮，反射镜转轮包括至少2个安装孔，其中至少一个安装孔用于安装反射镜，且至少一个安装孔处于空置状态；反射镜转轮与激光器出射的连续激光构成45°的夹角。

进一步的，光纤耦合器包括4路光纤，任一光纤与其相邻的光纤之间的长度差相等。

进一步的，调光组件包括第二半波片与第三半波片，第二半波片用于调整第二检测单元参考光的偏振态，使其透射第一检测单元进入接受单元，第三半波片用于调整第二检测单元信号光的偏振态，使其透射第一检测单元进入接受单元。

基于上述目的，本发明还提出一种基于双波混频的激光超声无损检测方法，包括步骤如下：

S1、利用阵列产生模块将单点脉冲激光转换为阵列脉冲激光；

S2、利用第一扫描振镜将阵列脉冲激光按扫描路径投射到被测试件上，使在被测试件上产生超声波信号；

S3、根据检测范围调整检测模块中的扫描振镜；

S4、依次打开检测模块中的检测单元，检测单元将测试光投射至被测试件，对从被测试件上反射回路的信号光进行采集，同时将该检测结果转换成电信号输出至处理模块；

S5、重复步骤S2与S4，直至完成对被测试件的所有区域的检测；

S6、由处理模块对所有检测结果进行分析处理，得到被测试件的缺陷参数。

与现有技术相比，本发明的益处有：本发明的基于双波混频的激光超声无损检测装置可以自动消除环境等引起的低频噪声干扰，还可以对被测试件的不同位置进行检测，从而扩大了检测范围，提高了装置的分辨力。另外，采用反射镜转轮对检测单元的工作状态进行选择，进入每个检测单元的连续激光功率不会损耗，提高了单纵模激光器的使用效率，还能够激发出方向可调的多个超声波信号，多个超声波信号之间能够互相叠加，得到幅值明显增大的超声波信号，提高了装置的信噪比；防止破坏，方向可调，非接触式测量的检测方式，能够在恶劣环境下(如高温、高压)对试件进行检测。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是基于双波混频的激光超声无损检测装置的结构示意图；

图2是阵列产生模块示意图；

图3是检测模块的结构示意图；

图4是反射镜转轮的结构示意图；

图5是第一检测单元的工作示意图；

图6是第二检测单元的工作示意图；

图7是激光无损检测方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述，但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

如图1所示，本申请公开了一种激光超声无损检测装置100，本装置包括光纤脉冲激光器13用于产生脉冲激光。阵列产生模块14用于将脉冲激光扩展成多束脉冲激光进行输出。第一扫描振镜15用于将阵列产生模块14的多束脉冲激光投射到被测试件16上。检测模块17用于收集经被测试件16调制的超声波信号，并将超声波信号转换为电信号输出。处理模块11用于采集检测模块17输出的电信号并进行分析。同步信号发生模块12用于向光纤脉冲激光器13和处理模块11发送同步指令，使光纤脉冲激光器13和处理模块11工作时间同步。其中，光纤脉冲激光器13与阵列产生模块14连接，同步信号发生模块12分别连接于光纤脉冲激光器13和处理模块11。阵列产生模块14包括光纤耦合器141，光纤耦合器141能够将光纤脉冲激光器13输入的一路脉冲激光扩展成至少两路脉冲激光；光纤耦合器141包括至少2路光纤，在每路光纤上脉冲激光经过的时间不同，使每路脉冲激光出射时具有一定的时间间隔；光纤耦合器141能够通过调节每路光纤的长度，进而调整每路脉冲激光出射的时间间隔。

阵列产生模块14还包括至少2个准直器，每个准直器连接于一路光纤，阵列产生模块14能够通过改变每个准直器之间的距离，从而调整每路脉冲激光之间的距离，使每路脉冲激光投射至被测试件16的位置距离发生改变，进而影响脉冲激光照射到被测试件16上激发出的超声波信号的传播方向，使超声波信号的传播方向可控，可对被测试件16进行全方位的检测，具有更广的检测范围。作为一种实现方式，光纤耦合器141用于将光信号均分至四个输出端，光纤耦合器141与4路光纤连接，分别为第一光纤142、第二光纤143、第三光纤144和第四光纤145，光纤脉冲激光器13输出的脉冲激光通过第一光纤142、第二光纤143、第三光纤144和第四光纤145均分成四路光强相等的光信号。对应于4路光纤，本实施例中阵列产生模块14设置有4个准直器，分别为第一准直器146、第二准直器147、第三准直器148和第四准直器149，第一光纤142与第一准直器146连接，第二光纤143与第二准直器147连接，第三光纤144与第三准直器148连接，第四光纤145与第四准直器149连接。脉冲激光经每路光纤分束后，传递至相应的准直器，从准直器出射至第一扫描振镜15。需要说明的是，根据公式

为改变脉冲激光在被测试件16上激发的超声波信号的传播方向可以有另一种实现方式，其中，θ₀为超声波法线方向的偏转角度，d₀为照射在被测试件16上各个激光束之间的距离，Δt为各个激光束出射的时间间隔。

作为另一种实现方式，阵列产生模块14能够通过改变每路光纤的长度，从而改变每路脉冲激光到达被测试件16上的时间，使每路脉冲激光的到达具有一定的延迟，进而改变超声波信号在被测试件16中的传播方向，其中，延迟时间可根据预设的光纤长度得到。作为一种实现方式，第一光纤142的长度为0.5m，第二光纤143的长度为40.5m，第三光纤144的长度为80.5m，第四光纤145的长度为120.5m，此种设置可在被测试件16上激发出四个超声波信号并在被测试件16上的缺陷处叠加干涉，扩大了超声波信号的幅值，提高了信噪比。

作为一种实现方式，第一扫描振镜15包括反射镜片，通过X-Y轴电机带动反射镜片偏转来实现平面扫描，用于将从阵列产生模块14中出射的每路脉冲激光以扫描的方式照射到被测试件16上，使所有脉冲激光的照射范围能够覆盖被测试件16的表面。当脉冲激光照射到被测试件16的表面，且脉冲激光所具有的能量不足以使被测试件16熔化时，由于热弹效应，脉冲激光的一部分能量由被测试件16吸收，而另一部分从被测试件16的表面反射出去。当被测试件16吸收了激光的能量使得自身的温度迅速上升，从而使被测试件16发生膨胀，在此情况下被测试件16的部分表面会发生形变，形变量随着脉冲激光的持续照射而发生周期性的变化，也就是被测试件16的部分表面会发生周期性的形变，进而导致在被测试件16中激发出超声波信号。由于单点的脉冲激光能够激发出的超声波信号的幅值较小，需要增大光纤脉冲激光器13的输出功率，才能够激发出幅值较大的超声波信号，然而由于热灼效应，增大光纤脉冲激光器13的输出功率会使得被测试件16短时间内吸收过多的能量，从而使被测试件16产生熔化损失的情况。而本申请中，通过第一扫描振镜15将脉冲激光的输出均分成多份，使得每路输出的激光脉冲的功率能够达到热弹效应的最大值，并且能够激发出各个方向可调的超声波信号，同时多个超声波信号之间可进行相干叠加，进一步加强在被测试件16上产生的超声波信号的幅值。

处理模块11包括上位机111和数据采集卡112，上位机111与同步信号发生器连接，上位机111控制同步信号发生器同时给数据采集卡112和光纤脉冲激光器13发送同步信号，使得在被测试件16上超声波信号的激发和超声波信号的检测同步进行。数据采集卡112与上位机111连接，数据采集卡112将采集到的检测数据传输给上位机111，上位机111将采集到的检测数据进行处理，如对超声波信号进行降噪、平顺化和去毛刺等处理，还将超声波信号的时域信号转变为频域信号，再通过对频域信号进行相关处理即可得到被测试件16的特性信息。作为一种实现方式，数据采集卡112选用单端双通道信号输入，在每个通道的采样率为250MS/s，分辨率12位，板载2GB，带宽100MHz，此种数据采集卡112支持连续采样与有限点采样。

检测模块17包括激光器171、调光组件172、第一检测单元173、第二检测单元174和接收单元175，激光器171用于产生连续激光；调光组件172用于调节连续激光；第一检测单元173或第二检测单元174用于将连续激光分为测试光和参考光，在同一时刻，仅有第一检测单元173和第二检测单元174之中的一个检测单元工作；测试光投射至被测试件16上，并收集从被测试件16上反射的信号光，信号光含有被测信息，第一检测单元173或第二检测单元174将信号光和参考光传输至接收单元175；接收单元175用于将信号光中的被测信息进行解调，并将光信号转化成电信号输出。其中，测试光从第六透镜1746到被测试件16的距离等于测试光从第三透镜1736到被测试件16的距离；调光组件172包括衰减片1721、起偏器1722、扩束器1723、第一半波片1724、第二半波片1725、第三半波片1726和反射镜轮1727，激光器171输出的激光功率大于150mw，功率稳定性小于1％，横模模式为TEM00，且线宽小于0.00001nm，偏振比大于100:1，相干长度大于50米。衰减片1721用于调节单纵模激光器171输出的连续激光的功率，在本实施方式中，衰减片1721为相对密度范围0～3的渐变中性密度的衰减片。起偏器1722用于将连续激光变成线偏振光出射，在本实施方式中，起偏器1722为通光孔径为10mm的线性薄膜偏振片。扩束器1723用于将输入的连续激光扩束，在本实施方式中，扩束器1723为扩束比为5倍到10倍连续可调的扩束器。半波片用于改变连续激光的偏振态。由激光器171发射连续激光依次经过衰减片1721、起偏器1722、扩束器1723、第一半波片1724后经反射镜转轮1727进入第一检测单元173或第二检测单元174，连续激光在检测单元内被分成参考光和测试光，分别进入不同的光路，测试光被照射到被测试件16上，经被测试件16调制后反射回的信号光由第一检测单元173或第二检测单元174进行收集。反射镜轮包括至少2个安装孔，其中至少一个安装孔用于安装反射镜，且至少一个安装孔处于空置状态；反射镜转轮1727与激光器171出射的连续激光构成45°的夹角。

第一检测单元173包括：第一偏振分光棱镜1731用于将进入第一检测单元173的连续激光分为参考光与测试光；第二扫描振镜1737用于将测试光投射到被测试件16上；第二偏振分光棱镜1732，用于改变反射回来的信号光的方向；第一四分之一波片1733，用于改变信号光及测试光的偏振态；第一透镜1734与第二透镜1735，用于组成第一伽利略光学系统，对测试光进行扩束，对信号光进行缩束。第三透镜1736用于收集信号光。

第二检测单元174包括：第三偏振分光棱镜1741、第四偏振分光棱镜1742、第二四分之一波片1743、第四透镜1744、第五透镜1745、第六透镜1746和第三扫描振镜1747。第三偏振分光棱镜1741用于将进入第二检测单元174的连续激光分为参考光与测试光。第四偏振分光棱镜1742用于改变反射回来的信号光的方向。第二四分之一波片1743用于改变信号光及测试光的偏振态。第四透镜1744与第五透镜1745用于组成第二伽利略光学系统，对测试光进行扩束，对反射回来的信号光进行缩束。第六透镜1746用于收集信号光，第三扫描振镜1747用于将测试光投射到被测试件16上，测试光从第六透镜1746经第三扫描振镜1747投射至被测试件16的光程与从第三透镜1736经第二扫描振镜1737投射至被测试件16的光程相同。

作为一种实现方式，第一检测单元173具有第一焦点，第二检测单元174具有第二焦点，被测试件16设于第一焦点与第二焦点构成的直线上，此种设置使得每个检测单元从被测试件16上回收的信号光最多，能够增大收集效率。

接收单元175包括参考光分光棱镜1751、信号光分光棱镜1752、第一光学晶体1753、第二光学晶体1754、第一光电二极管1755和第二光电二极管1756。参考光分光棱镜1751用于将输入参考光分成光强比为1：1的两束光。信号光分光棱镜1752用于将输入信号光分成光强比为1：1的两束光。第一光学晶体1753和第二光学晶体1754用于将信号光相位中包含的超声波信号解调到信号光的光强上，在本实施方式中，第一光学晶体1753与第二光学晶体1754的构造及材质相同，第一光学晶体1753和第一光学晶体1753都采用硅酸铋晶体，晶体沿[001],[110]和[110]方向切割，垂直于[110]方向上的面镀波长为532nm增透膜，垂直于[001]方向上的面镀电极。在检测模块17工作时，向第一光学晶体1753施加3.5kV电压，向第二光学晶体1754施加-3.5kV电压。

当选择第一检测单元173工作时，装有反射镜的安装孔处于光路中心，连续激光进入第一检测单元173；当选择第二检测单元174工作时，选择空置状态的安装孔处于光路中心，连续激光进入第二检测单元174。第一检测单元173与第二检测单元174，用于将单纵模激光器171输出的连续激光分为测试光与参考光，其中测试光投射被测试件16上，并收集被测试件16上反射的信号光，将收集的信号光与参考光输出检测单元。

如图5所示，反射镜转轮1727对检测单元进行选择，连续激光进入第一检测单元173并被第一偏振分光棱镜1731分为参考光与测试光并分别射向两个方向，参考光离开检测单元后被第二反射镜反射至参考光分光棱镜1751，参考光分光棱镜1751将参考光分为第一参考光与第二参考光，第一参考光经第三反射镜射入第一光学晶体1753，第二参考光经第四反射镜射入第二光学晶体1754。p线偏振的测试光透射过第二偏振分光棱镜1732后被第一四分之一波片1733转换为圆偏振光进入由第一透镜1734与第二透镜1735组成的第一伽利略光学系统中，伽利略光学系统对测试光进行扩束准直后由第三透镜1736与第二扫描振镜1737以不同角度投射到被测试件16上。被测试件16反射回来的信号光被第二扫描振镜1737与第三透镜1736收集后进入第一伽利略光学系统，信号光被伽利略光学系统缩束后进入第一四分之一波片1733，被第一四分之一波片1733转换为s线偏振的信号光被第二偏振分光棱镜1732反射离开第一检测单元173，离开检测单元的信号光被信号光分光棱镜1752分为第一信号光与第二信号光，第一信号光经过第七透镜后进入第一光学晶体1753，第二信号光经过第八透镜后进入第二光学晶体1754。

如图6所示，反射镜转轮1727对检测单元进行选择，连续激光进入第二检测单元174并被第三偏振分光棱镜1741分为参考光与测试光并分别射向两个方向，s线偏振的参考光离开检测单元后经过第二半波片1725由s线偏振转换为p线偏振光并透射过第一检测单元173的第一偏振分光棱镜1731，出射第一偏振分光棱镜1731的参考光，被第二反射镜反射至参考光分光棱镜1751，参考光分光棱镜1751将参考光分为第一参考光与第二参考光，第一参考光经第三反射镜射入第一光学晶体1753，第二参考光经第四反射镜射入第二光学晶体1754。p线偏振测试光透射过第四偏振分光棱镜1742后被第二四分之一波片1743转换为圆偏振光进入由第四透镜1744与第五透镜1745组成的第二伽利略光学系统中，伽利略光学系统对测试光进行扩束准直后经第六透镜1746与第三扫描振镜1747以不同角度投射到被测试件16上。被测试件16反射回来的信号光被第三扫描振镜1747与第六透镜1746收集后进入第二伽利略光学系统，信号光被伽利略光学系统缩束后进入第二四分之一波片1743，被第二四分之一波片1743转换为s线偏振的信号光被第四偏振分光棱镜1742反射离开第二检测单元174，s线偏振的信号光被第三半波片1726转换为p线偏振的信号光，p线偏振的信号光透射过第一检测单元173的第二偏振分光棱镜1732后被信号光分光棱镜1752分为第一信号光与第二信号光，第一信号光经过第七透镜后进入第一光学晶体1753，第二信号光经过第八透镜后进入第二光学晶体1754。

在任一检测单元工作完成后，进入晶体的第一信号光与进入晶体的第一参考光干涉，进入晶体的第二信号光与进入晶体的第二参考光干涉，干涉产生的明暗相间的条纹对晶体的折射率进行调制形成折射率光栅，入射的参考光与信号光经过折射率光栅发生衍射，由于折射率光栅的衍射满足Bragg条件，只有一级衍射光，第一光电二极管1755接收第一参考光的一级衍射光与第一信号光的透射光相干涉的光信号，第二光电二极管1756接收第二参考光的一级衍射光与第二信号光的透射光相干涉的光信号。

参见图7，本发明还提出一种使用如上的基于双波混频的激光超声无损检测装置100的检测方法，包括步骤如下：S1、利用阵列产生模块14将脉冲激光器171输出的单点脉冲激光转换为阵列脉冲激光；S2、利用二维扫描振镜15将阵列脉冲激光按扫描路径投射到被测试件16上产生超声波信号；S3、根据检测范围调整检测单元的扫描振镜；S4、依次打开检测单元，检测单元投射测试光至被测试件16，对相应区域的信号光进行采集，同时将该检测结果转换成电信号输出至上位机111模块；S5、重复步骤S2与S4，直至完成对被测试件16的所有区域的检测。S6、由处理模块11对所有检测结果进行分析处理，得到被测试件16的缺陷参数。可以理解的，在步骤S1中，光纤脉冲激光器13的光纤输出经阵列产生模块14后被准直成四路激光，四个脉冲激光按一定延迟时间先后投射到被测物的不同位置并激发出超声波信号，通过选用不同长度的光纤来控制延迟时间，通过设置准直器之间的距离来控制四个脉冲激光之间的距离，对四个脉冲激光的延迟时间与脉冲激光之间的距离进行调制进而控制脉冲激光激发的超声波，激发出的四个超声波信号因为干涉而线性叠加，从而扩大了超声波信号的幅值，提高了信噪比，四路脉冲激光沿扫描路径扫描整个被测试件16。可以理解的，在步骤S3中，被测试件16的裂纹对超声波信号进行调制，含有裂纹信息的超声波信号对扫描式双波混频干涉仪检测模块17的信号光的相位进行调制，扫描式双波混频干涉仪检测模块17的参考光与信号光在晶体内干涉形成干涉条纹，由于光折变效应，干涉条纹对晶体的折射率进行调制形成动态折射率光栅，参考光通过该光栅并衍射为波前“畸变”的参考光，“畸变”的参考光与的信号光相干涉，调制在相位中的超声波信号将以光强度的形式解调出来，光电二极管将光信号转变为电信号。

在权利要求书中，词语“包括”不排除其他单元或步骤；词语“一”或“一个”并不排除多个。在权利要求书中，使用诸如“第一”“第二”等序数词来修饰权利要求元素本身并不意味着一个权利要求元素具有较另外一个权利要求元素的优先级、次序或者动作执行的时间顺序，而仅仅出于将一个权利要求的元素与另一个权利要求元素相区别的目的。尽管在互不相同的从属权利要求中分别记载了某些特定技术特征，但这并不意味着这些特定技术特征不能被组合利用。本发明的各个方面可单独、组合或者以未在前述实施例中具体讨论的各种安排来使用，从而并不将其应用限于前文所描述或附图中所示的组件的细节和排列。例如，可使用任何方式将一个实施例中描述的多个方面与其他实施例中描述的多个方面组合。多个模块或单元中所记载的步骤、功能或特征，可以由一个模块或一个单元执行或满足。本文所公开的方法的步骤不限于以任何特定的顺序执行，以其他的顺序执行部分或者全部的步骤时可能的。权利要求中的任何附图标记不应被解释为对权利要求范围的限制。

尽管为示例目的，已经公开了本发明的优选实施方式，但是本领域的普通技术人员将意识到，在不脱离由所附的权利要求书公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改进、增加以及取代是可能的。

Claims (10)

1.一种基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，包括：

光纤脉冲激光器，用于产生脉冲激光；

阵列产生模块，用于将单束脉冲激光扩展成多束脉冲激光进行输出；

第一扫描振镜，用于将所述阵列产生模块的多束脉冲激光投射到被测试件上；

检测模块，用于收集经所述被测试件调制的超声波信号，并将所述超声波信号转换为电信号输出；

处理模块，用于采集所述检测模块输出的电信号并进行分析；

同步信号发生模块，用于向所述光纤脉冲激光器和所述处理模块发送同步指令，使所述光纤脉冲激光器和所述处理模块工作时间同步；

其中，所述光纤脉冲激光器与所述阵列产生模块连接，所述同步信号发生模块与所述光纤脉冲激光器连接，所述同步信号发生模块还与所述处理模块连接；所述阵列产生模块包括光纤耦合器，所述光纤耦合器能够将所述光纤脉冲激光器输入的一路所述脉冲激光扩展成至少2路所述脉冲激光；所述光纤耦合器包括至少2路光纤，在每路所述光纤上所述脉冲激光经过的距离不同，使每路所述脉冲激光出射时具有一定的时间间隔；所述光纤耦合器能够通过调节每路所述光纤的长度，进而调整每路所述脉冲激光出射的时间间隔。

2.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述阵列产生模块还包括至少2个准直器，每个所述准直器连接于一路所述光纤，所述阵列产生模块能够通过改变每个所述准直器之间的距离，从而调整每路所述脉冲激光之间的距离，进而改变所述超声波信号在所述被测试件中的传播方向。

3.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述阵列产生模块能够通过改变每路所述光纤的长度，进而改变所述超声波信号在所述被测试件中的传播方向。

4.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述检测模块包括激光器、调光组件、第一检测单元、第二检测单元和接收单元；所述激光器用于产生连续激光；所述调光组件用于调节所述连续激光；所述第一检测单元或所述第二检测单元用于将所述连续激光分为测试光和参考光，在同一时刻，仅有所述第一检测单元和所述第二检测单元之中的一个检测单元工作；所述测试光投射至所述被测试件上，并收集从所述被测试件上反射的信号光，所述信号光含有被测信息，所述第一检测单元或所述第二检测单元将所述信号光和所述参考光传输至所述接收单元；所述接收单元用于将信号光中的被测信息进行解调，并将光信号转化成电信号输出。

5.根据权利要求4所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述第一检测单元具有第一焦点，所述第二检测单元具有第二焦点，所述被测试件设于所述第一焦点与所述第二焦点构成的直线上。

6.根据权利要求4所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述第一检测单元包括：

第一偏振分光棱镜，用于将进入所述第一检测单元的连续激光分为参考光与测试光；

第二扫描振镜，用于将所述测试光投射到所述被测试件上；

第二偏振分光棱镜，用于改变反射回来的信号光的方向；

第一四分之一波片，用于改变所述信号光及所述测试光的偏振态；

第一透镜与第二透镜，用于组成第一伽利略光学系统，对所述测试光进行扩束，对所述信号光进行缩束；

第三透镜，用于收集所述信号光。

7.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述调光组件包括反射镜轮，所述反射镜转轮包括至少2个安装孔，其中至少一个所述安装孔用于安装反射镜，且至少一个安装孔处于空置状态；所述反射镜转轮与所述激光器出射的连续激光构成45°的夹角。

8.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述光纤耦合器包括4路光纤，任一光纤与其相邻的光纤之间的长度差相等。

9.根据权利要求1所述的基于双波混频的激光超声无损检测装置，其特征在于，所述调光组件包括第二半波片与第三半波片，第二半波片用于调整第二检测单元参考光的偏振态，使其透射第一检测单元进入所述接受单元，第三半波片用于调整第二检测单元信号光的偏振态，使其透射第一检测单元进入所述接受单元。

10.一种基于双波混频的激光超声无损检测方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1、利用阵列产生模块将单点脉冲激光转换为阵列脉冲激光；

S2、利用第一扫描振镜将所述阵列脉冲激光按扫描路径投射到被测试件上，使在所述被测试件上产生超声波信号；

S3、根据检测范围调整检测模块中的扫描振镜；

S4、依次打开所述检测模块中的检测单元，使所述检测单元将测试光投射至所述被测试件，对从所述被测试件上反射回路的信号光进行采集，同时将该检测结果转换成电信号输出至处理模块；

S5、重复步骤S2与S4，直至完成对所述被测试件的所有区域的检测；

S6、由所述处理模块对所有检测结果进行分析处理，得到所述被测试件的缺陷参数。

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