ЛАЗЕРНЫЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДЕФЕКТОСКОП
LASER ULTRASONIC FLAW DETECTOR

Предлагаемое изобретение относится к неразрушающим методам исследования и может быть использовано для контроля внутренних структур объектов их геометрических параметров и определения их физических характеристик.
Известно устройство лазерно-акустического контроля, содержащее импульсно-модулированный лазер, соединенный с оптическим волокном, торец которого через расширяющую линзу направлен на оптико-акустический преобразователь, а пьезоприемник выполнен в виде решетки из локальных пьезоэлементов, каждый из которых соединен через предусилитель и аналого-цифровой преобразователь с компьютером (1). В известном устройстве необходимо пропускать излучение лазера сквозь приемник ультразвука.
Известен лазерно-ультразвуковой дефектоскоп, содержащий импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру (2). Данное устройство может работать, как правило, только на одном типе волн - продольных.
Целью настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей устройства, а именно, использование всех типов волн, продольных, поперечных, и поверхностных акустических волн. В сочетании с лазерно-акустическим преобразователем, устройство получает неоспоримые преимущества.
Поставленная цель достигается тем, что, в известном устройстве, содержащем импульсный лазер, соединенный через оптоволокно с оптико-акустическим преобразователем, выполненным в виде единого блока, расположенного на исследуемом объекте, и содержащим пластину оптико-акустического генератора, а также пьезоприемник, соединенный через усилитель с аналого-цифровым преобразователем, подключенным к компьютеру, оптико-акустический генератор и пьезоприемник пространственно разнесены и размещаются на наклонных звукопроводах, контактирующих с исследуемым материалом, а лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания размещены в отдельном корпусе.
Возможность реализации
На чертеже (Фиг.1) показан лазерный ультразвуковой дефектоскоп. Он содержит:
1 - лазер с модуляцией добротности и высокой частотой повторения импульсов, содержащий на выходе адаптер для ввода излучения в оптическое волокно;
2 - комбинированный многофункциональный блок питания, обеспечивающий электропитание лазера, оптико-акустического преобразователя и аналого-цифрового преобразователя;
3 - скоростной прецизионный аналого-цифровой преобразователь, обеспечивающий перевод электрического сигнала оптико-акустического преобразователя в цифровую форму, временное запоминание его и передачу по скоростной линии в компьютер;
4 - специализированный изолированный корпус, в котором помещаются лазер, аналого-цифровой преобразователь и блок питания;
5 - систему обработки данных, включающую компьютер, связанный скоростной линией передачи данных с аналого-цифровым преобразователем, и программным обеспечением, обеспечивающим прием цифровых данных, их спектральную обработку, и отображение результатов на экране монитора, а также интерактивное управление процессом передачи и обработки данных;
6 - силовое оптическое волокно для передачи лазерного излучения в оптико-акустический преобразователь;
7 - оптико-акустический преобразователь с наклонным вводом пучка для преобразования лазерных импульсов в акустические, передачи их в исследуемую среду и регистрации отраженных и рассеянных акустических сигналов, содержащий разнесенные оптико-акустический генератор и широкополосный пьезоприемник с наклонными звукопроводами.
Схема оптико-акустического преобразователя 7 (Фиг.1) с наклонным вводом акустического пучка приведена на Фиг.2. Оптико-акустический преобразователь 7 разделен на излучающий и принимающий модули.
Управление и работа системы осуществляются от компьютера, а синхронизация работы лазера производится специальными сигналами, вырабатываемыми в блоке аналого-цифрового преобразователя. Старт-считывание сигнала осуществляется по импульсу фотодиода, согласованному с лазерным импульсом.
Излучающий модуль содержит оптическую схему 8, формирующую лазерный пучок, поступающий из волокна. Сформированный лазерный пучок облучает пластину оптико-акустического генератора 9, где происходит формирование широкополосного акустического импульса. Оптико-акустический генератор 9 представляет собой плоско параллельную пластину, выполненную из материала, поглощающего лазерное излучение, имеющего высокое значение коэффициента теплового расширения и согласованного по акустическому импедансу с материалом наклонного звукопровода 10. Наклонный звукопровод является цилиндром, один торец которого перпендикулярен к его оси, а второй торец срезан под острым углом и находится в акустическом контакте с поверхностью исследуемого объекта 11.
В состав принимающего модуля преобразователя входит аналогичный звукопроводу 10 наклонный звукопровод 12. На заднем торце звукопровода акустически согласованно закреплен пьезоприемник 13, который передает электрический сигнал в усилитель 14.
Дефектоскоп работает следующим образом. Звукопроводы 10 и 12 (Фиг.2) приводятся в акустический контакт с исследуемым объектом 11. Лазерный импульс поступает из лазера 1 (Фиг.1) через оптоволокно 6 оптическую систему 8 (Фиг.2) на пластину оптико-акустического генератора 9. Последний излучает акустический импульс в наклонный звукопровод 10 и исследуемый объект 11. Отраженный внутри объекта акустический импульс 15 через второй наклонный звукопровод 12 попадает на пьезоприемник 13 и его электрический сигнал, усиленный усилителем 14 поступает в аналого-цифровой преобразователь 3 (Фиг.1).
На чертеже (Фиг.3) показан пример сигнала оптико-акустического преобразователя с наклонным вводом, зарегистрированный в графитовых волокнах разного типа. По времени задержки импульсов можно, например, определить скорость в волокне, а по амплитуде сигнала судить о качестве исследуемого материала.
Источники информации, использованные при составлении заявки.
1. Патент России №2232983.
2. Патент России №2381496.