CN107167518A - 环形激光‑电磁超声聚焦探头 - Google Patents

环形激光‑电磁超声聚焦探头 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种环形激光‑电磁超声聚焦探头，包括探头外壳，固定于探头外壳内的光学透镜组，连接于探头外壳顶部用于导入单束激光源的光纤，固定于探头外壳底部的环形永久磁铁，对心粘贴于环形永久磁铁底部的环形接收线圈；由光纤导入的单束激光源与光学透镜组的光轴重合，在探头出口处形成用于在金属试件内激发聚焦超声波的环形聚焦激光束；环形永久磁铁和环形线圈的内径大于环形聚焦激光束的外径；本发明通过采用光学透镜组产生环形激光，可激发出点聚焦的超声波体波；同时采用环形永久磁铁和环形线圈接收聚焦超声回波信号，实现收发一体，增强对金属结构体缺陷检测能力；本发明探头结构紧凑、便于移动和操作、检测效率高、可用于金属材料内部缺陷的检测。

Description

环形激光‐电磁超声聚焦探头
技术领域
本发明涉及非接触超声检测技术，具体涉及一种环形激光‐电磁超声聚焦探头，可用于金属材料内部缺陷的检测和评价。
背景技术
激光‐电磁超声检测方法是一种使用脉冲激光激发超声波，用电磁超声探头接收超声信号的复合式非接触超声检测技术。该方法综合了激光超声激励效率高、频带宽，以及电磁超声探测灵敏度高、受试件表面状态影响小等优点，具有非常大的应用潜力。然而，由于激光超声热弹模式下在金属材料中产生的表面波较强，而体波较弱且波束能量分布不集中。因此激光‐电磁超声目前主要用于表面缺陷的检测，而对内部缺陷检测难度较大。此外，目前国内外激光‐电磁超声检测技术均采用一发一收分体检测模式，即激光和电磁超声探头分别位于试件的不同位置，导致整个探头装置设计不紧凑，操作不太方便。
发明内容
本发明目的在于提供一种结构简单紧凑、换能效率高和操作方便的一体式激光‐电磁超声聚焦探头，用于提高激光‐电磁超声检测技术对金属材料内部缺陷的定位定量检检测能力和使用便捷性。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种环形激光‐电磁超声聚焦探头，包括探头外壳6，固定于探头外壳6内的光学透镜组3，通过SMA光纤接口2连接于探头外壳6顶部用于导入单束激光源10的光纤1，固定于探头外壳6底部的环形永久磁铁4，对心粘贴于环形永久磁铁4底部的环形接收线圈5，连接环形接收线圈5的屏蔽导线7；由光纤1导入的单束激光源10与光学透镜组3的光轴重合，在探头出口处形成用于在金属试件内激发聚焦超声波的环形聚焦激光束11；所述环形永久磁铁4和环形线圈5的内径大于环形聚焦激光束11的外径，环形永久磁铁4和环形线圈5用于接收聚焦超声波在金属试件内部的反射回波信号。
所述光学透镜组3与环形永久磁铁4和环形接收线圈5呈共轴配置。
所述光学透镜组3由临近光纤1的凸透镜8和远离光纤1的锥透镜9组成。
本发明是一种环形激光‐电磁超声聚焦探头，通过采用配置光学透镜组使单束激光转化为环形激光束，从而在材料内部激发出向环形激光束正下方聚焦的超声波，同时采用环形永久磁铁和环形线圈接收来自聚焦点的回波信号，实现收发一体，提高了探头的接收效率和信噪比，从而很大程度增强了金属内部缺陷回波信号的强度，便于对金属内部缺陷进行定位定量的检测，本发明探头结构紧凑、便于移动和操作、检测效率高。
附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
图2为本发明用于缺陷检测的工作示意图。
图3为本发明中环形永久磁铁和环形线圈的配置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步详细说明。
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明一种环形激光‐电磁超声聚焦探头，包括探头外壳6，固定于探头外壳6内的光学透镜组3，通过SMA光纤接口2连接于探头外壳6顶部用于导入单束激光源10的光纤1，固定于探头外壳6底部的环形永久磁铁4，对心粘贴于环形永久磁铁4底部的环形接收线圈5，连接环形接收线圈5的屏蔽导线7；由光纤1导入的单束激光源10与光学透镜组3的光轴重合，在探头出口处形成用于在金属试件内激发聚焦超声波的环形聚焦激光束11；所述环形永久磁铁4和环形线圈5的内径大于环形聚焦激光束11的外径，环形永久磁铁4和环形线圈5用于接收聚焦超声波在金属试件内部的反射回波信号。
作为本发明的优选实施方式，所述光学透镜组3与环形永久磁铁4和环形接收线圈5呈共轴配置，这样可以使由单束激光源10经过光学透镜组3所产生的环形聚焦激光束11与环形永久磁铁4和环形接收线圈5共心，这种配置方式可以使环形接收线圈5接收到强度最大的超声波信号，并使所发明探头结构紧凑。
作为本发明的优选实施方式，所述光学透镜组3由临近光纤1的凸透镜8和远离光纤1的锥透镜9组成，这样通过调整凸透镜8和锥透镜9的相对距离，可以使有一定发散角的单束激光源10在环形接收线圈5所在平面位置产生环形聚焦激光束11。
如图2和图3所示，本发明的工作原理为：本发明探头可用于金属材料内部缺陷的超声波探伤。当应用于内部缺陷探伤时，环形激光‐电磁超声聚焦探头在待测试件内激发出超声波，在扫描过程中当超声聚焦点落在缺陷附近时，聚焦的超声波遇到缺陷会产生较强的反射波，从缺陷反射回来的信号被环形永久磁铁4和环形线圈5组成的电磁超声探头接收，最终通过信号放大和对缺陷反射信号的处理和分析，便可检测出缺陷的位置和大小。

Claims (3)

1.一种环形激光-电磁超声聚焦探头，其特征在于：包括探头外壳(6)，固定于探头外壳(6)内的光学透镜组(3)，通过SMA光纤接口(2)连接于探头外壳(6)顶部用于导入单束激光源(10)的光纤(1)，固定于探头外壳(6)底部的环形永久磁铁(4)，对心粘贴于环形永久磁铁(4)底部的环形接收线圈(5)，连接环形接收线圈(5)的屏蔽导线(7)；由光纤(1)导入的单束激光源(10)与光学透镜组(3)的光轴重合，在探头出口处形成用于在金属试件内激发聚焦超声波的环形聚焦激光束(11)；所述环形永久磁铁(4)和环形线圈(5)的内径大于环形聚焦激光束(11)的外径，环形永久磁铁(4)和环形线圈(5)用于接收聚焦超声波在金属试件内部的反射回波信号。
2.根据权利要求1所述的一种环形激光-电磁超声聚焦探头，其特征在于：所述光学透镜组(3)与环形永久磁铁(4)和环形接收线圈(5)呈共轴配置。
3.根据权利要求1所述的一种环形激光-电磁超声聚焦探头，其特征在于：所述光学透镜组(3)由临近光纤(1)的凸透镜(8)和远离光纤(1)的锥透镜(9)组成。
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