[发明专利]基于90°光混频器的激光无损检测装置

说明书

一种基于90°光混频器的激光无损检测装置，属于无损检测技术领域。本发明将传统的激光无损探测中的光耦合器替换为90°光混频器，将从样品表面反射回来的信号光与本振光在90°光混频器中进行相干叠加，输出一路正交干涉光和一路同相干涉光，再经过两个平衡探测器接收，同相支路信号强度正比于信号光与本振光相位差的正弦值，正交支路信号强度正比于信号光与本振光相位差的余弦值，通过平方求和解调出信号光强度，避免了探测盲点，提高了系统探测的可靠性。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于90°光混频器的激光无损检测装置。

背景技术

激光超声技术最早开始于20世纪60年代，R.M.White(R.M.White,Generation ofelastic waves by transient surface heating,Journal of Applied Physics,1963,34:3559–3567)验证了利用脉冲激光可以在固体中激发出超声波。随后，I.A.Victorov(I.A.Viktorov,Rayleigh and Lamb waves-Physical theory and applications,NewYork：Plenum Press,(1967))将激光超声应用于缺陷的检测中，提出了使用超声波的反射系数来表示固体材料的缺陷特征，并取得了一定进展。1991年，J.B.Hoyes(J.B.Hoyes,ShanQ and R.J.Dewhurst,Anon-contact scanning system for laser ultrasonic defectimaging.Measurement Science and Technology,1991,2:628-634)使用大功率短脉冲激光扫描系统对带缺陷材料进行实验研究，并产生了二维超声图像，验证了激光超声探测材料缺陷的可行性。

工程构件表面大多存在大量的裂纹，如何快速准确地识别它们已成为无损检测的重要任务。普通的检测方法不适用于高温、高压、有毒等恶劣环境，而激光超声无损检测凭借其非破坏、非接触等优点克服了这种局限性，并且具有较高的精度，成为了无损检测的一个重要研究方向。近年来有研究者提出通过基于光纤耦合与相干探测的方式实现激光无损检测(何宁，骆湘红，赵中华，廖欣，基于光纤耦合与相干探测的无损检测方法[J]，光学学报，2017，37(8)：0812006)。该方案的工作原理：当脉冲激光照射在待检测样品表面A点时，介质表面吸收光能，温度升高至固体的热弹阈值，照射区因热膨胀而产生应力脉冲，同时以纵波、横波和表面波的形式入射样品表面B点，利用介质中传输的超声信号对反射光束进行调制，使其携带超声信号而成为信号光，通过后端光电检测及数字信号处理即可完成激光超声探测。然而，对于同源的信号光和本振光，两束光的频差趋近于零，当本振光相位与信号光相位相差为90°附近时，中频信号强度趋近于零，此时难以进行损伤检测，因此该方法存在探测盲点。

发明内容

本发明针对背景技术存在的缺陷，提出了一种基于90°光混频器的激光无损检测装置。本发明是在传统的激光无损探测中用90°光混频器取代光耦合器，通过将从样品表面反射回来的信号光与本振光在90°光混频器中进行相干叠加，输出一路正交干涉光和一路同相干涉光，再经过两个平衡探测器接收，同相支路信号强度正比于信号光与本振光相位差的正弦值，正交支路信号强度正比于信号光与本振光相位差的余弦值，通过平方求和解调出信号光强度，避免了探测盲点。

本发明的技术方案如下：

一种基于90°光混频器的激光无损检测装置，包括窄线宽单频激光器1.1、脉冲激光器1.2、非偏振分光棱镜2、第一全反射镜3.1、第二全反射镜3.2、第三全反射镜3.3、第四全反射镜3.4、偏振分光棱镜4、待测样品6、1/4偏振片7、第一1/2偏振片5.1、第二1/2偏振片5.2、90°光混频器8、第一平衡探测器9.1、第二平衡探测器9.2和数字处理电路10；