基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器

1.本发明涉及无损检测的技术领域，尤其是涉及基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器
。


背景技术：

2.激光超声已成为无损检测领域的一种成熟技术，因为它具有无需接触
、
高空间分辨率
、
亚纳米级灵敏度等优点且可用于复杂结构和高温环境，激光超声系统是传统压电换能器系统的更好替代选择，因为它无需耦合剂的，激光超声系统的应用包括裂缝成像检测
、
定量定位以及材料特定分析等，传统的激光超声系统使用点源激发和点源检测装置，在超声生成部分，由点光源照射样品激发弹性波，在检测部分，收集从样品照射点散射的光信号，然后使用干涉仪解调光检测光束的超声信号，但是传统的检测装置需要一直扫描样品表面的目标区域来获得所需结果，这可能会比较耗时，在另一方面，当增加阵列单元总数时，如果保持激光光源总功率恒定，每个阵列单元的光功率和光强都会下降，阵列单元的光功率下降会导致整个系统的信噪比降低的问题，因此，存在有可改进之处
。


技术实现要素：

3.为了解决上述背景技术中提出的问题，本发明提供基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器
。
4.本发明提供的基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器采用如下的技术方案：
5.基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器，包括支撑座和检测器主体，所述检测器主体通过升降结构安装在支撑座上，所述检测器主体的正面中间处穿出有安装检测管，所述检测管插进检测器主体内的一端安装在多路双波混频干涉仪上，所述检测管的另一端上安装有阵列探测器，所述检测管上靠近多路双波混频干涉仪的位置处设置有可变分束器，所述检测管上靠近可变分束器的位置处设置有相位光栅，所述检测管上靠近阵列探测器的位置处设置有补偿器，所述补偿器与相位光栅之间处设置有半波片，所述检测管上处于半波片的位置处设置有光折变晶体
。
6.优选的，所述升降结构包括安装在支撑座下面中间处的第一电机，所述第一电机的输出端连接有螺杆，所述螺杆的顶端插进螺管中，所述螺管的顶端连接有两块安装板，两块所述安装板之间相对设置，所述检测器主体可转动的设置在两块安装板之间
。
7.优选的，所述检测器主体的两侧面上均连接有转轴，所述转轴可转动的穿过安装板，所述安装板侧面处于转轴的位置处设置有固定盘，所述固定盘的侧面开设有若干圆周等角度分布的定位槽，所述转轴内开设有通槽，所述通槽内穿出有移动块，所述移动块的一端连接有固定杆，所述固定杆的一端连接有定位块，所述定位块插进对应位置的定位槽中
。
8.优选的，两根所述转轴处于安装板另一侧面的位置处均套有转把，两根所述转把远离转轴的一端之间连接有转柄，两块所述转把上靠近转柄的位置均穿过有往复板，两块
所述往复板上均开设有斜槽，所述往复板上连接有延伸杆，所述延伸杆的一端连接在移动块上，所述往复板的上面处贴合有拉杆，所述拉杆的两端处均穿过有贯穿杆，两根所述贯穿杆穿过对应的斜槽，所述拉杆与转柄之间连接有伸缩杆，所述伸缩杆上套设有弹簧，所述弹簧的两端分别连接在拉杆和转柄上
。
9.优选的，所述支撑座两侧面上方的中间处均开设有第一开口，所述第一开口的底端内壁之间连接有第一轴杆，所述第一轴杆上套设有第一转条，所述第一转条的一端连接有防护框，所述第一轴杆上的中间处套有第一齿轮
。
10.优选的，所述支撑座上处于螺杆的两侧处均开设有滑槽，所述滑槽中滑动设置有滑块，所述滑块的上面连接有竖板，所述竖板上开设有引导槽，所述螺管的底端处连接有固定框，所述固定框穿过引导槽，所述竖板远离螺杆的一侧面上连接有第一固定条，所述第一固定条插进第一开口中，所述第一固定条的下面设置有与第一齿轮啮合连接的齿牙
。
11.优选的，所述支撑座两侧面的下方处均开设有第二开口，所述第二开口的两侧内壁之间连接有第二轴杆，所述第二轴杆上套设有第二转条，所述第二转条的一端连接有支撑板，所述第二轴杆上的中间处套有第二齿轮
。
12.优选的，所述第二开口内处于第二齿轮的上方位置处插进有第二固定条，所述第二固定条的下面设置有与第二齿轮啮合连接的齿牙，所述第二固定条的一端连接有连接杆，所述连接杆的一端连接在滑块上
。
13.优选的，所述防护框一侧外面的边沿处安装有第二电机，所述第二电机的输出端连接有插进防护框中的丝杆，所述丝杆上套有移动套，所述移动套的下面中间处可转动的连接有清理杆，所述清理杆上设置有刷毛，所述清理杆上靠近顶端处套设有第三齿轮，所述防护框的内侧面上设置有横条，所述第三齿轮与横条上的齿牙之间啮合连接，所述移动套的上面连接有限位杆，所述限位杆的一端插进开设在防护框内侧面上的限位槽中，两个所述防护框相互远离的一侧面上均安装有排风扇
。
14.综上所述，本发明包括以下有益技术效果：
15.1、
本发明通过在检测器主体上设置有多路双波混频干涉仪
、
可变分束器
、
相位光栅
、
半波片
、
光折变晶体
、
补偿器以及阵列探测器，多路双波混频干涉仪使用红外长脉冲激光源，通过相位光栅从一束光产生激光束阵列，再通过半波片和光折变晶体，以最大限度地提高检测灵敏度，所耗时间更短，信噪比提高；
16.2、
本发明在支撑座下面第一电机输出端螺杆顶端套有螺杆，螺杆的顶端连接安装检测器主体的安装板上，启动第一电机可根据实际情况的需要对检测器主体的高度进行灵活的调节；并且检测器主体两侧转轴可转动的穿过安装板，两根转轴上的转把之间设置有转柄，利用转柄在安装板上转动转轴可灵活的对检测器主体的倾斜度进行调节，进而来方便检测工作；
17.3、
本发明在支撑座内两块竖板上连接的第一固定条与第一轴杆上的第一齿轮之间啮合连接，套设在第一轴杆上的第一固定条一端连接有防护框，螺管上连接的固定框穿过开设在竖板上的引导槽，在下移收起检测器主体的同时，可带动两个防护框转动罩至检测器主体上，在存放或携带的过程中对检测器主体起到保护的作用；竖板底端滑块滑动设置开设在支撑座上的滑槽中，支撑座两侧面下方第二开口内的第二轴杆上通过第二转条连接有支撑板，滑块底端连接杆一端第二固定条上设置有与第二轴杆上第二齿轮啮合连接的
齿牙，在上移检测器主体进行检测时，可自动的推动支撑板转动支撑至地面上，是的对该检测器支撑的更加稳定，在下移检测器主体时，又可自动的带起支撑板收拢至支撑座的两侧进行收纳，减少占用空间，存放携带或存放；
18.4、
本发明在防护框上第二电机输出端的丝杆上套有移动套，移动套下面可转动连接的清理杆上设置有刷毛，套设在清理杆上的第三齿轮与防护框内壁横条上的齿牙之间啮合连接，将防护框罩至检测器主体上进行防护时，可启动第二电机带动清理杆和刷毛整体来回移动并且转动，对检测器主体上显示屏
、
控制面板等元器件上堆积的灰尘进行自动清理，同时在防护框上均安装有排风扇，可将清理下的灰尘排出防护框，提高清理质量
。
附图说明
19.图1是本发明实施例中基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器的结构示意图；
20.图2是本发明实施例中基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器的检测管处结构示意图；
21.图3是本发明实施例中图1的a处结构放大图；
22.图4是本发明实施例中图1的b处结构放大图；
23.图5是本发明实施例中图1的c处结构放大图；
24.图6是本发明实施例中基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器的后侧面处结构示意图；
25.图7是本发明实施例中图6的d处结构放大图；
26.图8是本发明实施例中图2的e处结构放大图
。
27.附图标记说明：
1、
支撑座；
101、
第一电机；
102、
螺杆；
103、
螺管；
104、
安装板；
2、
检测器主体；
201、
第一开口；
202、
防护框；
203、
第一转条；
204、
第一轴杆；
205、
第一齿轮；
3、
检测管；
301、
滑槽；
302、
滑块；
303、
竖板；
304、
第一固定条；
305、
引导槽；
306、
固定框；
4、
多路双波混频干涉仪；
401、
第二转条；
402、
支撑板；
403、
第二开口；
404、
第二轴杆；
405、
第二齿轮；
406、
第二固定条；
407、
连接杆；
5、
可变分束器；
501、
转把；
502、
转柄；
503、
转轴；
504、
固定盘；
505、
通槽；
506、
移动块；
507、
固定杆；
508、
定位块；
509、
定位槽；
6、
相位光栅；
601、
往复板；
602、
斜槽；
603、
拉杆；
604、
伸缩杆；
605、
弹簧；
606、
贯穿杆；
607、
延伸杆；
7、
半波片；
701、
第二电机；
702、
丝杆；
703、
移动套；
704、
清理杆；
705、
第三齿轮；
706、
刷毛；
707、
限位杆；
708、
限位槽；
709、
排风扇；
8、
光折变晶体；
9、
补偿器；
10、
阵列探测器
。
具体实施方式
28.以下结合附图
1-图8对本发明作进一步详细说明
。
29.本发明实施例公开基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器，参照图1和图2，基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器，包括支撑座1和检测器主体2，检测器主体2的正面处嵌入有显示屏和控制面板，检测器主体2通过升降结构安装在支撑座1上，检测器主体2的正面中间处穿出有安装检测管3，检测管3插进检测器主体2内的一端安装在多路双波混频干涉仪4上，检测管3的另一端上安装有阵列探测器
10
，检测管3上靠近多路双波混频干涉仪4的位置处设置有可变分束器5，检测管3上靠近可变分束器5的位置处设置有
相位光栅6，检测管3上靠近阵列探测器
10
的位置处设置有补偿器9，补偿器9与相位光栅6之间处设置有半波片7，检测管3上处于半波片7的位置处设置有光折变晶体8，光折变晶体
8(
掺杂铁的磷化铟
)
是一种半绝缘的晶体，尺寸分别为
4.98mm
×
5.16mm
×
11.37mm
的全息切割，以提高晶体的衍射效率，该双波混频干涉仪4使用红外长脉冲激光源，该激光源首先被发送到可变分束器5，并被分为信号光束和参考光束，光源工作波长为
1064nm(
红外
)
，输出脉冲宽度为
100
微秒，重复频率为
20hz
，输出能量大于
70mj
，通过使用长脉冲激光器作为光源，可以建立大型激光超声探测器阵列，此外，通过使用高功率激光光源，可以检测各种试件表面的超声运动，通过相位光栅6，将该信号光束分成一组强度近似相等的信号束阵列，这些信号束阵列随后照亮样品表面，来自测试样品的散射光由透镜收集，通过半波片7，偏振光旋转
45
度，并指向折射晶体，在那里信号光束阵列与单一参考光束混合，因此，部分参考波束被衍射到信号波束的方向，且衍射的参考波束具有与信号波束阵列相同的波前结构，采集了所有的信号光束和衍射参考光束，然后使用补偿器9将信号波束相对于参考波束进行相位延迟，相移的选择使干涉发生在正交状态，以最大限度地提高检测灵敏度，然后光束通过另一个透镜，在那里它们被成像到光电探测器阵列平面上的一系列点上，半波片7和偏振分束器组合允许每个偏振部分光在光学探测器上被平衡探测到
。
30.参见图
1、
图
5-图7，升降结构包括安装在支撑座1下面中间处的第一电机
101
，第一电机
101
为正反电机，第一电机
101
的输出端连接有螺杆
102
，螺杆
102
的顶端插进螺管
103
中，螺管
103
的内壁上设置有匹配螺杆
102
的螺纹，螺管
103
的顶端连接有两块安装板
104
，两块安装板
104
之间相对设置，检测器主体2可转动的设置在两块安装板
104
之间，启动第一电机
101
带动螺杆
102
转动时，利用螺管
103
在螺杆
102
上的移动，可根据实际情况的需要，对检测器主体2的高度进行灵活的调节，检测器主体2的两侧面上均连接有转轴
503
，转轴
503
可转动的穿过安装板
104
，安装板
104
侧面处于转轴
503
的位置处固定的设置有固定盘
504
，转轴
503
活动的穿过固定盘
504
，固定盘
504
的侧面开设有若干圆周等角度分布的定位槽
509
，转轴
503
内开设有通槽
505
，通槽
505
内穿出有移动块
506
，移动块
506
与通槽
505
的端面均为正方形状，移动块
506
的一端连接有固定杆
507
，固定杆
507
的一端连接有定位块
508
，定位块
508
插进对应位置的定位槽
509
中，两根转轴
503
处于安装板
104
另一侧面的位置处均固定的套有转把
501
，两根转把
501
远离转轴
503
的一端之间连接有转柄
502
，两块转把
501
上靠近转柄
502
的位置均穿过有往复板
601
，两块往复板
601
上均开设有斜槽
602
，往复板
601
上连接有延伸杆
607
，延伸杆
607
的一端连接在移动块
506
上，往复板
601
的上面处贴合有拉杆
603
，拉杆
603
的两端处均穿过有贯穿杆
606
，两根贯穿杆
606
活动穿过对应的斜槽
602
，拉杆
603
与转柄
502
之间连接有伸缩杆
604
，伸缩杆
604
上套设有弹簧
605
，弹簧
605
的两端分别连接在拉杆
603
和转柄
502
上，在安装板
104
上需要转动检测器主体2调节时，可在转柄
502
处拉动拉杆
603
带动贯穿杆
606
在斜槽
602
中滑动，从而将两块定位块
508
从定位槽
509
中推出，再利用转柄
502
即可在安装板
104
上转动检测器主体2对其进行调节，调节后，直接放开拉杆
603
，利用弹簧
605
的复位作用，可带动定位块
508
重新插进对应位置的定位槽
509
中进行定位即可
。
31.参见图
3、
图4和图8，支撑座1两侧面上方的中间处均开设有第一开口
201
，第一开口
201
的底端内壁之间可转动的连接有第一轴杆
204
，第一轴杆
204
上固定的套设有第一转条
203
，第一转条
203
的一端连接有防护框
202
，第一轴杆
204
上的中间处固定的套有第一齿轮
205
，支撑座1上处于螺杆
102
的两侧处均开设有滑槽
301
，滑槽
301
中滑动设置有滑块
302
，
滑块
302
与滑槽
301
的端面均呈“t”形状，滑块
302
的上面连接有竖板
303
，竖板
303
上开设有引导槽
305
，螺管
103
的底端处连接有固定框
306
，固定框
306
穿过引导槽
305
，竖板
303
远离螺杆
102
的一侧面上连接有第一固定条
304
，第一固定条
304
活动的插进第一开口
201
中，第一固定条
304
的下面设置有与第一齿轮
205
啮合连接的齿牙，启动第一电机
101
来下移检测器主体2进行收纳存放时，螺管
103
带动固定框
306
在引导槽
305
中滑动，从而拉动着第一固定条
304
在第一开口
201
中移动，透过第一齿轮
205
带动防护框
202
转起罩至检测器主体2上，在存放或携带时可对检测器主体2起到保护的作用，支撑座1两侧面的下方处均开设有第二开口
403
，第二开口
403
的两侧内壁之间可转动的连接有第二轴杆
404
，第二轴杆
404
上固定的套设有第二转条
401
，第二转条
401
的一端连接有支撑板
402
，第二轴杆
404
上的中间处固定的套有第二齿轮
405
，第二开口
403
内处于第二齿轮
405
的上方位置处插进有第二固定条
406
，第二固定条
406
的下面设置有与第二齿轮
405
啮合连接的齿牙，第二固定条
406
的一端连接有连接杆
407
，连接杆
407
的一端连接在滑块
302
上，启动第一电机
101
提升或放下检测器主体2时，利用竖板
303
带动滑块
302
在滑槽
301
中滑动，通过连接杆
407
带动第二固定条
406
在第二开口
403
中移动，透过第二齿轮
405
自动转下或转起支撑板
402
，使得检测器主体2在使用时，可增加对该检测器的支撑稳定性，在不使用时，又可将支撑板
402
和第二转条
401
收拢至支撑座1的两侧，减小占用空间，方便存放，防护框
202
一侧外面的边沿处安装有第二电机
701
，第二电机
701
的输出端连接有可转动插进防护框
202
中的丝杆
702
，丝杆
702
的一端可转动的连接在防护框
202
的内壁上，丝杆
702
上套有移动套
703
，移动套
703
上开设有供丝杆
702
穿过的螺纹孔，移动套
703
的下面中间处可转动的连接有清理杆
704
，清理杆
704
上设置有刷毛
706
，清理杆
704
上靠近顶端处固定的套设有第三齿轮
705
，防护框
202
的内侧面上设置有横条，第三齿轮
705
与横条上的齿牙之间啮合连接，移动套
703
的上面连接有限位杆
707
，限位杆
707
的一端活动的插进开设在防护框
202
内侧面上的限位槽
708
中，两个防护框
202
相互远离的一侧面上均安装有排风扇
709
，在转起防护框
202
罩至检测器主体2上进行防护时，可启动第二电机
701
带动丝杆
702
转动，移动套
703
在丝杆
702
上来回移动，并且利用第三齿轮
705
在横条上的滚动，使得清理杆
704
和刷毛
706
整体在移动的过程中发生转动，进而自动对检测器主体2正面显示屏和控制面板上堆积的灰尘进行清理，同时可启动排风扇
709
将清理出的灰尘排出防护框
202。
32.本发明实施例基于红外长脉冲的多重双波大型激光超声检测器的实施原理为：首先，启动第一电机
101
带动螺杆
102
转动，螺管
103
在螺杆
102
上带动安装板
104
上的检测器主体2上移，螺管
103
带动固定框
306
在引导槽
305
中滑动，推动着竖板
303
上的第一固定条
304
在第一开口
201
中转动，通过第一齿轮
205
带动第一转条
203
上防护框
202
从检测器主体2的两侧移开，并且竖板
303
在移动时，带动滑块
302
在滑槽
301
中滑动，通过连接杆
407
带动第二固定条
406
在第二开口
403
中移动，通过第二齿轮
405
推动第二转条
401
上支撑板
402
转下支撑至地面上，使得该检测器在检测时，对其的支撑稳定性更高，在检测时，双波混频干涉仪4使用红外长脉冲激光源，该激光源首先被发送到可变分束器5，并被分为信号光束和参考光束，光源工作波长为
1064nm(
红外
)
，输出脉冲宽度为
100
微秒，重复频率为
20hz
，输出能量大于
70mj
，通过使用长脉冲激光器作为光源，可以建立大型激光超声探测器阵列，此外，通过使用高功率激光光源，可以检测各种试件表面的超声运动，通过相位光栅6，将该信号光束分成一组强度近似相等的信号束阵列，这些信号束阵列随后照亮样品表面，来自测试样品
的散射光由透镜收集，通过半波片7，偏振光旋转
45
度，并指向折射晶体，在那里信号光束阵列与单一参考光束混合，因此，部分参考波束被衍射到信号波束的方向，且衍射的参考波束具有与信号波束阵列相同的波前结构，采集了所有的信号光束和衍射参考光束，然后使用补偿器9将信号波束相对于参考波束进行相位延迟，相移的选择使干涉发生在正交状态，以最大限度地提高检测灵敏度，然后光束通过另一个透镜，在那里它们被成像到光电探测器阵列平面上的一系列点上，半波片7和偏振分束器组合允许每个偏振部分光在光学探测器上被平衡探测到，这样即可实现检测工作
。
33.以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构
、
形状
、
原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内
。