本發(fā)明專利技術(shù)屬于測(cè)量技術(shù)，涉及一種厚度測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料或非金屬材料厚度測(cè)量的脈沖激光體縱波測(cè)量系統(tǒng)。厚度測(cè)量系統(tǒng)將分光鏡和凸透鏡依次設(shè)置在同一光路上，光電二極管位于分光鏡的反射光路上接收分光鏡的反射光，光電二極管輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集卡的一個(gè)接收端相連，信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀輸出端相連，脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置在被測(cè)樣品兩側(cè)，被測(cè)樣品放置在二維平移臺(tái)上。本發(fā)明專利技術(shù)利用激光干涉儀探測(cè)超聲體縱波，可以在線測(cè)量，也可用于高溫環(huán)境；采用脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置，被測(cè)樣品放置在二維電控平移臺(tái)上的方式，實(shí)現(xiàn)了激光在被測(cè)樣品表面的快速二維掃描。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于測(cè)量技術(shù)，涉及一種厚度測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料或非金屬材料厚度測(cè)量的脈沖激光體縱波測(cè)量系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
超聲波法測(cè)量材料或構(gòu)件厚度的方法是從20世紀(jì)40年代開始發(fā)展的。通過(guò)材料超聲脈沖在材料中的傳播時(shí)間，與材料中的聲速相乘，即可以測(cè)量出材料的厚度。傳統(tǒng)的超聲波法采用壓電換能器作為超聲的激發(fā)和接收裝置，這種方法激發(fā)出的超聲波頻率較低，因此聲脈沖較長(zhǎng)，因此測(cè)量精度較低，而且壓電換能器必須通過(guò)耦合劑緊貼在的材料表面上，無(wú)法實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量及快速掃描。90年代以來(lái)，隨著激光超聲理論及技術(shù)的發(fā)展， 采用短脈沖激光作為超聲波的激發(fā)源，并采用光學(xué)干涉儀接收的厚度測(cè)量系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)(CN1357100、CN1363820)。這種測(cè)厚系統(tǒng)采用短脈沖激光激發(fā)聲脈沖，光學(xué)干涉儀測(cè)量反射聲脈沖的位移信號(hào)，從而得到材料的厚度。但該類系統(tǒng)利用的是反射聲脈沖，當(dāng)樣品較薄時(shí)，反射聲脈沖與入射聲脈沖會(huì)發(fā)生疊加，大大降低測(cè)量精度，當(dāng)樣品較厚或者材料衰減較大時(shí)，反射聲脈沖能量很小而很難被檢測(cè)到，也限制該方法的應(yīng)用范圍。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種精度高、測(cè)量速度快、測(cè)量范圍寬，可以對(duì)金屬材料或非金屬材料進(jìn)行厚度測(cè)量，而且造價(jià)低的脈沖激光體縱波厚度測(cè)量系統(tǒng)。本專利技術(shù)的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的，厚度測(cè)量系統(tǒng)包括脈沖激光器、激光干涉儀、分光鏡、凸透鏡、光電二極管以及電子計(jì)算機(jī)，分光鏡和凸透鏡依次設(shè)置在同一光路上，光電二極管位于分光鏡的反射光路上接收分光鏡的反射光，光電二極管輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集卡的一個(gè)接收端相連，電子計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀輸出端相連，脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置在被測(cè)樣品兩側(cè)，被測(cè)樣品放置在二維平移臺(tái)上，脈沖激光器發(fā)出的激光通過(guò)凸透鏡聚焦，在被測(cè)樣品一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過(guò)激光干涉儀在被測(cè)樣品另一側(cè)對(duì)心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，電子計(jì)算機(jī)得到超聲體縱波在被測(cè)樣品中傳播的時(shí)間，與電子計(jì)算機(jī)中設(shè)置的被測(cè)樣品的聲速相乘，實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品的厚度測(cè)量。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的優(yōu)點(diǎn)是1、利用激光干涉儀探測(cè)超聲體縱波，相比壓電換能器可以將測(cè)量空間分辨率提高一個(gè)量級(jí)，操作簡(jiǎn)單，非接觸式測(cè)量，可以用于快速、在線測(cè)量，也可用于高溫環(huán)境；2、采用脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置，被測(cè)樣品放置在二維電控平移臺(tái)上的方式，實(shí)現(xiàn)了激光在被測(cè)樣品表面的快速二維掃描，可以測(cè)量被測(cè)樣品厚度二維分布；3采用脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置，接收被測(cè)樣品傳播的直達(dá)超聲體縱波，避免了反射聲脈沖與入射聲脈沖的疊加，提高了測(cè)量精度，同時(shí)減少了聲波的傳播路程，擴(kuò)大了可測(cè)樣品的厚度范圍。附圖說(shuō)明圖I是本專利技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的具體結(jié)構(gòu)由以下的附圖和實(shí)施例給出。脈沖激光體縱波厚度測(cè)量系統(tǒng)，它包括脈沖激光器I、激光干涉儀6、分光鏡2、凸透鏡3、光電二極管8以及電子計(jì)算機(jī)7，分光鏡2和凸透鏡3依次設(shè)置在同一光路上，光電二極管8位于分光鏡2的反射光路上接收分光鏡2的反射光，其輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)7上的信號(hào)采集卡的接收端相連，信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀6輸出端相連，本專利技術(shù)的特征在于，脈沖激光器I發(fā)出的激光通過(guò)凸透鏡3聚焦，在被測(cè)樣品4 一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過(guò)激光干涉儀6在被測(cè)樣品4另一側(cè)對(duì)心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，從而測(cè)量出超聲體縱波在被測(cè)樣品4中傳播的時(shí)間，與已知的聲速相乘，就可以測(cè)量被測(cè)樣品4的厚度；采取脈沖激光器I和激光干涉儀6對(duì)心放置，被測(cè)樣品4放置在二維平移臺(tái)5上的方式，實(shí)現(xiàn)了激光在被測(cè)樣品4表面的快速二維掃描，可以測(cè)量被測(cè)樣品4厚度二維 分布。本專利技術(shù)是利用短脈沖激光器在樣品內(nèi)部激發(fā)高頻率超聲體縱波，根據(jù)測(cè)量該波在材料內(nèi)部傳播的時(shí)間來(lái)測(cè)量得到厚度值。用激光干涉儀作為超聲體縱波的接收裝置，采用脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置，樣品放置在二維電控平移臺(tái)上的方式，實(shí)現(xiàn)了激光在樣品表面的快速二維掃描，測(cè)得的超聲體縱波信號(hào)傳輸至電子計(jì)算機(jī)中，通過(guò)程序計(jì)算該波在材料內(nèi)部傳播的時(shí)間與波速的乘積，從而實(shí)現(xiàn)樣品厚度二維分布的測(cè)量。其工作過(guò)程由脈沖激光器發(fā)出激光，經(jīng)過(guò)分光鏡時(shí)有一小部分光通過(guò)光電二極管作為電子計(jì)算機(jī)信號(hào)采集卡的觸發(fā)信號(hào)，其余激光經(jīng)凸透鏡聚焦成點(diǎn)激發(fā)源，作用于的被測(cè)樣品一側(cè)，在樣品上激發(fā)超聲體縱波，并在樣品內(nèi)部傳播至另一側(cè)表面。由于超聲體縱波會(huì)導(dǎo)致材料表面發(fā)生微小形變，此時(shí)，對(duì)心放置于被測(cè)樣品另一側(cè)的激光干涉儀，就能接收體縱波的位移信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；該信號(hào)傳輸?shù)诫娮佑?jì)算機(jī)信號(hào)采集卡上，測(cè)量該波在材料內(nèi)部傳播的時(shí)間，通過(guò)程序計(jì)算傳播的時(shí)間與波速的乘積，從而實(shí)現(xiàn)樣品厚度二維分布的測(cè)量。用于固定樣品的電控二維平移臺(tái)由電子計(jì)算機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品的二維平移。權(quán)利要求1.脈沖激光體縱波厚度測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，厚度測(cè)量系統(tǒng)包括脈沖激光器(I)、激光干涉儀(6)、分光鏡(2)、凸透鏡(3)、光電二極管(8)以及電子計(jì)算機(jī)(7)，分光鏡(2)和凸透鏡(3 )依次設(shè)置在同一光路上,光電二極管(8 )位于分光鏡的反射光路上接收分光鏡(2 )的反射光，光電二極管8輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)(7)上的信號(hào)采集卡的一個(gè)接收端相連，電子計(jì)算機(jī)(7)上的信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀(6)輸出端相連，脈沖激光器(I)和激光干涉儀(6)對(duì)心放置在被測(cè)樣品(4)兩側(cè)，被測(cè)樣品(4)放置在二維平移臺(tái)(5)上，脈沖激光器(I)發(fā)出的激光通過(guò)凸透鏡(3)聚焦，在被測(cè)樣品(4) 一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過(guò)激光干涉儀在被測(cè)樣品(4)另一側(cè)對(duì)心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，電子計(jì)算機(jī)(7 )得到超聲體縱波在被測(cè)樣品(4 )中傳播的時(shí)間，與電子計(jì)算機(jī)(7 )中設(shè)置的被測(cè)樣品(4)的聲速相乘，實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品(4)的厚度測(cè)量。全文摘要本專利技術(shù)屬于測(cè)量技術(shù)，涉及一種厚度測(cè)量系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料或非金屬材料厚度測(cè)量的脈沖激光體縱波測(cè)量系統(tǒng)。厚度測(cè)量系統(tǒng)將分光鏡和凸透鏡依次設(shè)置在同一光路上，光電二極管位于分光鏡的反射光路上接收分光鏡的反射光，光電二極管輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)上的信號(hào)采集卡的一個(gè)接收端相連，信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀輸出端相連，脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置在被測(cè)樣品兩側(cè)，被測(cè)樣品放置在二維平移臺(tái)上。本專利技術(shù)利用激光干涉儀探測(cè)超聲體縱波，可以在線測(cè)量，也可用于高溫環(huán)境；采用脈沖激光器和激光干涉儀對(duì)心放置，被測(cè)樣品放置在二維電控平移臺(tái)上的方式，實(shí)現(xiàn)了激光在被測(cè)樣品表面的快速二維掃描。文檔編號(hào)G01B17/02GK102967281SQ20121050111公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日專利技術(shù)者石一飛, 張鷺, 李旭東, 蔡良續(xù) 申請(qǐng)人:中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
脈沖激光體縱波厚度測(cè)量系統(tǒng)，其特征是，厚度測(cè)量系統(tǒng)包括脈沖激光器（1）、激光干涉儀（6）、分光鏡（2）、凸透鏡（3）、光電二極管（8）以及電子計(jì)算機(jī)（7），分光鏡（2）和凸透鏡（3）依次設(shè)置在同一光路上，光電二極管（8）位于分光鏡的反射光路上接收分光鏡（2）的反射光，光電二極管8輸出的電信號(hào)與電子計(jì)算機(jī)（7）上的信號(hào)采集卡的一個(gè)接收端相連，電子計(jì)算機(jī)（7）上的信號(hào)采集卡的另一接收端與激光干涉儀（6）輸出端相連，脈沖激光器（1）和激光干涉儀（6）對(duì)心放置在被測(cè)樣品（4）兩側(cè)，被測(cè)樣品（4）放置在二維平移臺(tái)（5）上，脈沖激光器（1）發(fā)出的激光通過(guò)凸透鏡（3）聚焦，在被測(cè)樣品（4）一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過(guò)激光干涉儀在被測(cè)樣品（4）另一側(cè)對(duì)心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，電子計(jì)算機(jī)（7）得到超聲體縱波在被測(cè)樣品（4）中傳播的時(shí)間，與電子計(jì)算機(jī)（7）中設(shè)置的被測(cè)樣品（4）的聲速相乘，實(shí)現(xiàn)被測(cè)樣品（4）的厚度測(cè)量。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：石一飛，張鷺，李旭東，蔡良續(xù)，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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