本發明涉及非接觸超聲檢測技術，具體涉及一種環形激光‐電磁超聲聚焦探頭，可用于金屬材料內部缺陷的檢測和評價。
背景技術：
激光‐電磁超聲檢測方法是一種使用脈沖激光激發超聲波，用電磁超聲探頭接收超聲信號的復合式非接觸超聲檢測技術。該方法綜合了激光超聲激勵效率高、頻帶寬，以及電磁超聲探測靈敏度高、受試件表面狀態影響小等優點，具有非常大的應用潛力。然而，由于激光超聲熱彈模式下在金屬材料中產生的表面波較強，而體波較弱且波束能量分布不集中。因此激光‐電磁超聲目前主要用于表面缺陷的檢測，而對內部缺陷檢測難度較大。此外，目前國內外激光‐電磁超聲檢測技術均采用一發一收分體檢測模式，即激光和電磁超聲探頭分別位于試件的不同位置，導致整個探頭裝置設計不緊湊，操作不太方便。
技術實現要素：
本發明目的在于提供一種結構簡單緊湊、換能效率高和操作方便的一體式激光‐電磁超聲聚焦探頭，用于提高激光‐電磁超聲檢測技術對金屬材料內部缺陷的定位定量檢檢測能力和使用便捷性。
為達到以上目的，本發明采用如下技術方案：
一種環形激光‐電磁超聲聚焦探頭，包括探頭外殼6，固定于探頭外殼6內的光學透鏡組3，通過sma光纖接口2連接于探頭外殼6頂部用于導入單束激光源10的光纖1，固定于探頭外殼6底部的環形永久磁鐵4，對心粘貼于環形永久磁鐵4底部的環形接收線圈5，連接環形接收線圈5的屏蔽導線7；由光纖1導入的單束激光源10與光學透鏡組3的光軸重合，在探頭出口處形成用于在金屬試件內激發聚焦超聲波的環形聚焦激光束11；所述環形永久磁鐵4和環形線圈5的內徑大于環形聚焦激光束11的外徑，環形永久磁鐵4和環形線圈5用于接收聚焦超聲波在金屬試件內部的反射回波信號。
所述光學透鏡組3與環形永久磁鐵4和環形接收線圈5呈共軸配置。
所述光學透鏡組3由臨近光纖1的凸透鏡8和遠離光纖1的錐透鏡9組成。
本發明是一種環形激光‐電磁超聲聚焦探頭，通過采用配置光學透鏡組使單束激光轉化為環形激光束，從而在材料內部激發出向環形激光束正下方聚焦的超聲波，同時采用環形永久磁鐵和環形線圈接收來自聚焦點的回波信號，實現收發一體，提高了探頭的接收效率和信噪比，從而很大程度增強了金屬內部缺陷回波信號的強度，便于對金屬內部缺陷進行定位定量的檢測，本發明探頭結構緊湊、便于移動和操作、檢測效率高。
附圖說明
圖1為本發明的總體結構示意圖。
圖2為本發明用于缺陷檢測的工作示意圖。
圖3為本發明中環形永久磁鐵和環形線圈的配置示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施方式，對本發明做進一步詳細說明。
下面結合附圖舉例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明一種環形激光‐電磁超聲聚焦探頭，包括探頭外殼6，固定于探頭外殼6內的光學透鏡組3，通過sma光纖接口2連接于探頭外殼6頂部用于導入單束激光源10的光纖1，固定于探頭外殼6底部的環形永久磁鐵4，對心粘貼于環形永久磁鐵4底部的環形接收線圈5，連接環形接收線圈5的屏蔽導線7；由光纖1導入的單束激光源10與光學透鏡組3的光軸重合，在探頭出口處形成用于在金屬試件內激發聚焦超聲波的環形聚焦激光束11；所述環形永久磁鐵4和環形線圈5的內徑大于環形聚焦激光束11的外徑，環形永久磁鐵4和環形線圈5用于接收聚焦超聲波在金屬試件內部的反射回波信號。
作為本發明的優選實施方式，所述光學透鏡組3與環形永久磁鐵4和環形接收線圈5呈共軸配置，這樣可以使由單束激光源10經過光學透鏡組3所產生的環形聚焦激光束11與環形永久磁鐵4和環形接收線圈5共心，這種配置方式可以使環形接收線圈5接收到強度最大的超聲波信號，并使所發明探頭結構緊湊。
作為本發明的優選實施方式，所述光學透鏡組3由臨近光纖1的凸透鏡8和遠離光纖1的錐透鏡9組成，這樣通過調整凸透鏡8和錐透鏡9的相對距離，可以使有一定發散角的單束激光源10在環形接收線圈5所在平面位置產生環形聚焦激光束11。
如圖2和圖3所示，本發明的工作原理為：本發明探頭可用于金屬材料內部缺陷的超聲波探傷。當應用于內部缺陷探傷時，環形激光‐電磁超聲聚焦探頭在待測試件內激發出超聲波，在掃描過程中當超聲聚焦點落在缺陷附近時，聚焦的超聲波遇到缺陷會產生較強的反射波，從缺陷反射回來的信號被環形永久磁鐵4和環形線圈5組成的電磁超聲探頭接收，最終通過信號放大和對缺陷反射信號的處理和分析，便可檢測出缺陷的位置和大小。
技術特征：技術總結本發明提供一種環形激光?電磁超聲聚焦探頭，包括探頭外殼，固定于探頭外殼內的光學透鏡組，連接于探頭外殼頂部用于導入單束激光源的光纖，固定于探頭外殼底部的環形永久磁鐵，對心粘貼于環形永久磁鐵底部的環形接收線圈；由光纖導入的單束激光源與光學透鏡組的光軸重合，在探頭出口處形成用于在金屬試件內激發聚焦超聲波的環形聚焦激光束；環形永久磁鐵和環形線圈的內徑大于環形聚焦激光束的外徑；本發明通過采用光學透鏡組產生環形激光，可激發出點聚焦的超聲波體波；同時采用環形永久磁鐵和環形線圈接收聚焦超聲回波信號，實現收發一體，增強對金屬結構體缺陷檢測能力；本發明探頭結構緊湊、便于移動和操作、檢測效率高、可用于金屬材料內部缺陷的檢測。
技術研發人員：裴翠祥;弋東馳;劉天浩;陳振茂
受保護的技術使用者：西安交通大學
技術研發日：2017.04.19
技術公布日：2017.09.15