一种激光超声电磁阵列检测装置的制作方法

本发明涉无损检测技术领域，尤其涉及一种激光超声电磁阵列检测装置。

背景技术：

超声无损检测技术已经广泛应用于工业生产、医学诊断、国民生活等领域，但传统的超声探头是利用压电材料为核心，在探头内激励出超声波实现无损检测。然而，为提高被测体和探头的密贴程度，防止超声波衰减，超声探头需要通过耦合剂与被测试件耦合，这对被测体的粗糙程度及表面温度有较高的要求，极大的限制了超声检测的应用。

电磁超声作为一种新型无损检测手段，具有非接触、无需耦合剂、对被测体表面要求低、激发波型多样等特点，但电磁超声激发系统对电源瞬时功率要求高，且换能效率低，造成了较多能量的损失，也增加了整个检测系统制作的困难程度。

激光超声是利用脉冲激光对被测体局部加热，通过局部热膨胀产生震动从而产生超声波，其具有非接触、灵敏度高等特点，可实现及其微小缺陷的检测。但目前激光超声检测中回波检测主要依靠激光干涉原理对试样表面位移的精确测量来实现，激光位移测量系统结构复杂，且光学器件对使用环境有较高要求，不适用于如在线钢轨探伤等现场环境恶劣的场合。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种激光超声电磁阵列检测装置，以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种激光超声电磁阵列检测装置，包括聚焦透镜1、激光发射器2、提供偏置磁场装置、检测线圈4和固定检测线圈支架5；

所述提供偏置磁场装置为空心圆柱体，所述聚焦透镜1和激光发射器2固定于所述提供偏置磁场装置的空心内，所述激光发射器2发射激光脉冲经聚焦透镜1辐射到被测试件6表面；

所述固定检测线圈支架5为柱型空心结构；

所述检测线圈4固定在所述固定检测线圈支架5的外壁，接收激光脉冲辐射到被测试件6表面检测信号。

优选地，所述提供偏置磁场装置为空心线圈或铁磁铁芯3。

优选地，所述固定检测线圈支架5为多边形柱型空心结构。

优选地，所述提供偏置磁场装置为空心圆柱结构。

优选地，所述固定检测线圈支架5的外壁沿其圆周方向等距的设置有多个卡槽。

优选地，所述检测线圈4固定于所述卡槽内。

优选地，所述聚焦透镜1和激光发射器2的中心轴线位于同一直线。

优选地，所述激光发射器2为脉冲激光发射器。

优选地，所述聚焦透镜1为凸透镜。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的一种激光超声电磁阵列检测装置，区别于传统激光超声技术，该技术在检测上设计了新型的电磁线圈阵列方法检测回波感应电流。针对激光超声激励的机械波产生的感应电流检测，设计了阵列式感应电流电磁线圈检测装置，其线圈结构根据感应电流分布设计了等效环形检测结构。该装置可高效率检测到激光超声激励的机械波及回波产生的被测试样超声波形的形态，从而实现无损检测，具有检测精度高、结构稳定性好，可在恶劣环境中使用的特点。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种激光超声电磁阵列检测装置立体结构图示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光超声电磁阵列检测装置的检测探头俯视图示意图；

图3为本发明实施例提供一种激光超声电磁阵列检测装置工作原理示意图。

附图标记

1聚焦透镜

2激光发射器

3空心线圈或铁磁铁芯

4检测线圈

5固定检测线圈支架

6被测体

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明从激光超声点源脉冲激发和电磁超声接收机理出发设计了激光超声激发，多路圆形电磁线圈阵列结构的电磁超声接收装置，为方便描述，本发明实施例一种激光超声电磁阵列检测装置的介绍均以八路接收为例，如图1所示，包括聚焦透镜1、激光发射器2、空心线圈或铁磁铁芯3、检测线圈4和固定检测线圈支架5，其中，激光发射器2为脉冲激光发射器，聚焦透镜1为凸透镜，聚焦透镜1和激光发射器2的中心轴线位于同一直线。

空心线圈或铁磁铁芯3作用在于提供偏置磁场，其为空心圆柱体，其内半径结构用于固定激光发射器2和聚焦透镜1，故其内半径大小取决于激光发射器2和聚焦透镜1的大小。

固定检测线圈支架5为多边形柱型空心结构，根据检测线圈4的尺寸特点，在多边形柱型空心结构周围等距制作八个卡槽，并将检测线圈4固定其中。

检测线圈4均匀的缠绕在固定检测线圈支架5上，八路电磁超声接收器即检测线圈4制作工艺相同且缠绕方向亦相同。

本发明提供的一种激光超声电磁阵列检测装置的工作原理如图3所示：

八路检测线圈4平行于被测试件的水平方向以圆形阵列结构排列在提供偏置磁场的空心螺线管或铁磁材料空心圆柱体正下方。由于激光脉冲发射器打到被测体的力或位移呈放射状向外发散，则在垂直于被测试件的偏置磁场的作用下，根据洛伦兹力判定定则，产生垂直于力或位移方向的感应电流，再根据法拉第电磁感应定律和安培定则产生动态磁场，通过磁场方向即可得出检测线圈4的位置阵列结构。

本发明实施例提供的一种激光超声电磁阵列检测装置，其工作步骤如下：

脉冲激光发射器2发出激光脉冲，经过聚焦透镜1辐射到被测试件6表面，并在被测试件6表面产生表面波和体波。表面波主要检测检测线圈4正下方被测体6表面缺陷，体波主要检测线圈正下方被测体6内部缺陷。故在每个检测线圈4的接收信号中包含两组关键信息即表面缺陷信息和经过若干时延后的内部缺陷信息。尽管八路检测线圈4测量数据相互独立，但由于缺陷的存在，超声波会产生干涉或叠加效应，使得八路检测线圈4受不同程度的影响。由投影重建图像的思想，通过判定八路阵列检测线圈4的信号输出，确定缺陷的信息。

本领域技术人员应能理解上述空心线圈或铁磁铁芯用作提供偏置磁场装置的应用仅为举例，其他现有的或今后可能出现的用于提供偏置磁场的装置如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。

本领域技术人员应能理解，图1-图3仅为简明起见而示出的检测线圈的数量可能小于一个实际装置中的数量，但这种省略无疑是以不会影响对发明实施例进行清楚、充分的公开为前提的。

综上所述，本发明实施例提供的一种激光超声电磁阵列检测装置，使激光超声激励技术和电磁超声接收技术相结合，弥补了电磁超声技术用于金属缺陷、厚度及残余应力的测量时激发换能效率低、灵敏度低，而激光超声技术其接收装置造价高、体积庞大、结构复杂、受环境影响严重等缺点，本发明可同时并全面探测出被测试件内部和表面缺陷，满足对金属的高效、快速、全面的表面及内部缺陷的定位定量检测，例如金属板、管道、钢轨、车轮等的无损检测。若将此技术推向工业生产中去，必将会有广泛的应用前景。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。