專利名稱：脈沖激光體縱波厚度測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量技術(shù)，涉及一種厚度測量系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料或非金屬材料厚度測量的脈沖激光體縱波測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
超聲波法測量材料或構(gòu)件厚度的方法是從20世紀(jì)40年代開始發(fā)展的。通過材料超聲脈沖在材料中的傳播時間，與材料中的聲速相乘，即可以測量出材料的厚度。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，因此測量精度較低，而且壓電換能器必須通過耦合劑緊貼在的材料表面上，無法實現(xiàn)非接觸測量及快速掃描。90年代以來，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量系統(tǒng)也隨之出現(xiàn)(CN1357100、CN1363820)。這種測厚系統(tǒng)采用短脈沖激光激發(fā)聲脈沖，光學(xué)干涉儀測量反射聲脈沖的位移信號，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，反射聲脈沖與入射聲脈沖會發(fā)生疊加，大大降低測量精度，當(dāng)樣品較厚或者材料衰減較大時，反射聲脈沖能量很小而很難被檢測到，也限制該方法的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種精度高、測量速度快、測量范圍寬，可以對金屬材料或非金屬材料進行厚度測量，而且造價低的脈沖激光體縱波厚度測量系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，厚度測量系統(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算機，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與電子計算機上的信號采集卡的一個接收端相連，電子計算機上的信號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心放置在被測樣品兩側(cè)，被測樣品放置在二維平移臺上，脈沖激光器發(fā)出的激光通過凸透鏡聚焦，在被測樣品一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過激光干涉儀在被測樣品另一側(cè)對心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，電子計算機得到超聲體縱波在被測樣品中傳播的時間，與電子計算機中設(shè)置的被測樣品的聲速相乘，實現(xiàn)被測樣品的厚度測量。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的優(yōu)點是1、利用激光干涉儀探測超聲體縱波，相比壓電換能器可以將測量空間分辨率提高一個量級，操作簡單，非接觸式測量，可以用于快速、在線測量，也可用于高溫環(huán)境；2、采用脈沖激光器和激光干涉儀對心放置，被測樣品放置在二維電控平移臺上的方式，實現(xiàn)了激光在被測樣品表面的快速二維掃描，可以測量被測樣品厚度二維分布；3采用脈沖激光器和激光干涉儀對心放置，接收被測樣品傳播的直達(dá)超聲體縱波，避免了反射聲脈沖與入射聲脈沖的疊加，提高了測量精度，同時減少了聲波的傳播路程，擴大了可測樣品的厚度范圍。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的附圖和實施例給出。脈沖激光體縱波厚度測量系統(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以及電子計算機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，其輸出的電信號與電子計算機7上的信號采集卡的接收端相連，信號采集卡的另一接收端與激光干涉儀6輸出端相連，本發(fā)明的特征在于，脈沖激光器I發(fā)出的激光通過凸透鏡3聚焦，在被測樣品4 一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過激光干涉儀6在被測樣品4另一側(cè)對心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，從而測量出超聲體縱波在被測樣品4中傳播的時間，與已知的聲速相乘，就可以測量被測樣品4的厚度；采取脈沖激光器I和激光干涉儀6對心放置，被測樣品4放置在二維平移臺5上的方式，實現(xiàn)了激光在被測樣品4表面的快速二維掃描，可以測量被測樣品4厚度二維 分布。本發(fā)明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)測量該波在材料內(nèi)部傳播的時間來測量得到厚度值。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心放置，樣品放置在二維電控平移臺上的方式，實現(xiàn)了激光在樣品表面的快速二維掃描，測得的超聲體縱波信號傳輸至電子計算機中，通過程序計算該波在材料內(nèi)部傳播的時間與波速的乘積，從而實現(xiàn)樣品厚度二維分布的測量。其工作過程由脈沖激光器發(fā)出激光，經(jīng)過分光鏡時有一小部分光通過光電二極管作為電子計算機信號采集卡的觸發(fā)信號，其余激光經(jīng)凸透鏡聚焦成點激發(fā)源，作用于的被測樣品一側(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。由于超聲體縱波會導(dǎo)致材料表面發(fā)生微小形變，此時，對心放置于被測樣品另一側(cè)的激光干涉儀，就能接收體縱波的位移信號，并轉(zhuǎn)換為電信號；該信號傳輸?shù)诫娮佑嬎銠C信號采集卡上，測量該波在材料內(nèi)部傳播的時間，通過程序計算傳播的時間與波速的乘積，從而實現(xiàn)樣品厚度二維分布的測量。用于固定樣品的電控二維平移臺由電子計算機控制，實現(xiàn)被測樣品的二維平移。
權(quán)利要求
1.脈沖激光體縱波厚度測量系統(tǒng)，其特征是，厚度測量系統(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)以及電子計算機(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輸出的電信號與電子計算機(7)上的信號采集卡的一個接收端相連，電子計算機(7)上的信號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)對心放置在被測樣品(4)兩側(cè)，被測樣品(4)放置在二維平移臺(5)上，脈沖激光器(I)發(fā)出的激光通過凸透鏡(3)聚焦，在被測樣品(4) 一側(cè)激發(fā)出高頻超聲體縱波，通過激光干涉儀在被測樣品(4)另一側(cè)對心方向接收直達(dá)的超聲體縱波，電子計算機(7 )得到超聲體縱波在被測樣品(4 )中傳播的時間，與電子計算機(7 )中設(shè)置的被測樣品(4)的聲速相乘，實現(xiàn)被測樣品(4)的厚度測量。
全文摘要
本發(fā)明屬于測量技術(shù)，涉及一種厚度測量系統(tǒng)，特別是一種應(yīng)用于金屬材料或非金屬材料厚度測量的脈沖激光體縱波測量系統(tǒng)。厚度測量系統(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與電子計算機上的信號采集卡的一個接收端相連，信號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心放置在被測樣品兩側(cè)，被測樣品放置在二維平移臺上。本發(fā)明利用激光干涉儀探測超聲體縱波，可以在線測量，也可用于高溫環(huán)境；采用脈沖激光器和激光干涉儀對心放置，被測樣品放置在二維電控平移臺上的方式，實現(xiàn)了激光在被測樣品表面的快速二維掃描。
文檔編號G01B17/02GK102967281SQ20121050111
公開日2013年3月13日 申請日期2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月29日
發(fā)明者石一飛, 張鷺, 李旭東, 蔡良續(xù) 申請人:中國航空綜合技術(shù)研究所