一種非接觸式復(fù)合材料測厚裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于符合材料無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種非接觸式復(fù)合材料測厚裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復(fù)合材料作為一種優(yōu)異的耐磨和耐高溫材料，在高溫設(shè)備熱防護、飛機剎車制動盤等軍事、特種民用技術(shù)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。為了更好地測量和評定這一類型材料的防護特性，迫切需要一種能夠在試驗中進行厚度動態(tài)測量的傳感器。超聲式厚度測量傳感器具有無損、無放射性的優(yōu)點，并且可以提供實時動態(tài)的測量結(jié)果，為這種類型材料的測量提供了強有力的技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種非接觸式復(fù)合材料測厚裝置及方法，旨在解決傳統(tǒng)超聲波測厚裝置及方法對復(fù)合材料進行測厚時，需要耦合劑進行耦合，不能用于高溫、高壓、有輻射環(huán)境的復(fù)合材料測厚問題。
[0004]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種非接觸式復(fù)合材料非接觸式復(fù)合材料測厚裝置，該非接觸式復(fù)合材料非接觸式復(fù)合材料測厚裝置設(shè)置有CO2脈沖激光器、紅寶石檢測激光器、光纖傳導(dǎo)器、F-P光學(xué)干涉儀、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、工控機；其中所述光纖傳導(dǎo)器分別連接所述CO2脈沖激光器、所述紅寶石檢測激光器、F-P光學(xué)干涉儀，所述紅寶石檢測激光器還連接所述F-P光學(xué)干涉儀；所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的后端連接所述工控機。
[0005]本發(fā)明的另一目的在于提供一種非接觸式復(fù)合材料測厚方法，該非接觸式復(fù)合材料測厚方法包括以下步驟:
[0006]步驟一，短脈沖激光束在樣品前表面激發(fā)聲波，聲波傳到后表面時，引起樣品后表面發(fā)生形變，另一束從樣品后表面發(fā)射的探測光會由于這次形變而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；超聲波的產(chǎn)生和探測都是通過激光進行的，因而易于實現(xiàn)遠距離的遙控激發(fā)和接收；激光束使得被測超聲波場可以不受任何干擾，或者受到的干擾很小，具有極強的抗干擾能力；
[0007]步驟二，聲脈沖到達后表面又從后表面向前表面反射，再從前表面反射到后表面，完成一個反射周期；
[0008]步驟三，探測光就會探測時間有一定延遲的第二次偏轉(zhuǎn)，兩次偏轉(zhuǎn)的時間差乘以聲波在在樣品中的傳播速度，再除以二就是樣品的厚度。
[0009]本發(fā)明激光超聲波的產(chǎn)生和探測都是通過激光進行的，因而易于實現(xiàn)遠距離的遙控激發(fā)和接收；激光束使得被測超聲波場可以不受任何干擾，或者受到的干擾很小，具有極強的抗干擾能力。
【附圖說明】
[0010]圖1是本發(fā)明實施例提供的非接觸式復(fù)合材料測厚裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是本發(fā)明實施例提供的非接觸式復(fù)合材料測厚的方法流程圖。
【具體實施方式】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0013]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明的應(yīng)用原理作進一步描述。
[0014]如圖1所示，本發(fā)明實施例的非接觸式復(fù)合材料測厚裝置主要包括:0)2脈沖激光器、紅寶石檢測激光器、光纖傳導(dǎo)器、F-P光學(xué)干涉儀、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、工控機；其中所述光纖傳導(dǎo)器分別連接所述CO2脈沖激光器、所述紅寶石檢測激光器、F-P光學(xué)干涉儀，所述紅寶石檢測激光器還連接所述F-P光學(xué)干涉儀；所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的后端連接所述工控機。
[0015]如圖2所示，本發(fā)明實施例的非接觸式復(fù)合材料測厚方法包括以下步驟:
[0016]S201:短脈沖激光束在樣品前表面激發(fā)聲波，聲波傳到后表面時，引起樣品后表面發(fā)生形變，另一束從樣品后表面發(fā)射的探測光會由于這次形變而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；
[0017]S202:聲脈沖到達后表面又從后表面向前表面反射，再從前表面反射到后表面，完成一個反射周期；
[0018]S203:探測光就會探測時間有一定延遲的第二次偏轉(zhuǎn)，兩次偏轉(zhuǎn)的時間差乘以聲波在在樣品中的傳播速度，再除以二就是樣品的厚度。
[0019]本發(fā)明的工作原理:
[0020]超聲源在被檢材料表面形成超聲表面位移，接著測量并且分析超聲表面位移。超聲源可以是對準物體的脈沖產(chǎn)生激光束，來自獨立探測激光器的激光被工件處的超聲表面位移散射，然后采集光學(xué)系統(tǒng)采集散射的激光能量。采集光學(xué)系統(tǒng)與干涉儀或其他裝置耦合，并且關(guān)于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的完整性可以通過對物件表面超聲波的散射量分析而得到，已經(jīng)表明激光超聲在對工件的檢查是有效的。激光源通過表面上的局部點處的熱膨脹而產(chǎn)生聲音，同時與干涉儀耦合的激光束探頭探測表面位移和速度。由于發(fā)生的激光熱膨脹產(chǎn)生的位移，該位移由激光超聲探測系統(tǒng)檢波而產(chǎn)生在激光超聲信號的開始處的脈沖。這個回聲通道稱為表面回聲，表面回聲可掩蓋任何由靠近樣品表面的缺陷產(chǎn)生的回聲。表明回聲的特續(xù)時間取決于發(fā)生激光脈沖持續(xù)時間和探測系統(tǒng)的頻帶寬度，典型的，用戶二氧化碳發(fā)生激光器和共聚焦法探測，表面回聲可持續(xù)幾個微秒。
[0021]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種非接觸式復(fù)合材料非接觸式復(fù)合材料測厚裝置，其特征在于，該非接觸式復(fù)合材料測厚裝置包括CO2脈沖激光器、紅寶石檢測激光器、光纖傳導(dǎo)器、F-P光學(xué)干涉儀、數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)、工控機；其中所述光纖傳導(dǎo)器分別連接所述0)2脈沖激光器、所述紅寶石檢測激光器、F-P光學(xué)干涉儀，所述紅寶石檢測激光器還連接所述F-P光學(xué)干涉儀；所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的前端連接所述F-P光學(xué)干涉儀，所述數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)的后端連接所述工控機。2.一種非接觸式復(fù)合材料測厚方法，其特征在于，該非接觸式復(fù)合材料測厚方法包括以下步驟: 步驟一，短脈沖激光束在樣品前表面激發(fā)超聲波，聲波傳到后表面時，引起樣品后表面發(fā)生形變，另一束從樣品后表面發(fā)射的探測光會由于這次形變而發(fā)生偏轉(zhuǎn)； 步驟二，聲脈沖到達后表面又從后表面向前表面反射，再從前表面反射到后表面，完成一個反射周期； 步驟三，探測光就會探測時間有一定延遲的第二次偏轉(zhuǎn)，兩次偏轉(zhuǎn)的時間差乘以聲波在在樣品中的傳播速度，再除以二就是樣品的厚度。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種非接觸式復(fù)合材料測厚裝置及方法，短脈沖激光束在樣品前表面激發(fā)聲波，聲波傳到后表面時，引起樣品后表面發(fā)生形變，另一束從樣品后表面發(fā)射的探測光會由于這次形變而發(fā)生偏轉(zhuǎn)；聲脈沖到達后表面又從后表面向前表面反射，再從前表面反射到后表面，完成一個反射周期；探測光就會探測時間有一定延遲的第二次偏轉(zhuǎn)，兩次偏轉(zhuǎn)的時間差乘以聲波在樣品中的傳播速度，再除以二就是樣品的厚度。本發(fā)明激光超聲波的產(chǎn)生和探測都是通過激光進行的，因而易于實現(xiàn)遠距離的遙控激發(fā)和接收；激光束使得被測超聲波場可以不受任何干擾，或者受到的干擾很小，具有極強的抗干擾能力。
【IPC分類】G01B17/02
【公開號】CN104990521
【申請?zhí)枴緾N201510347469
【發(fā)明人】楊先明
【申請人】煙臺富潤實業(yè)有限公司
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年6月23日