(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210409627.7 (22)申请日 2022.04.19 (71)申请人 浙江大学 地址 310058 浙江省杭州市西湖区余杭塘 路866号 (72)发明人 陈剑　俞振炀　曾逸轲　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G01N 21/17(2006.01) G01N 21/01(2006.01) G01N 29/04(2006.01) G01B 17/02(2006.01) G02B 27/28(2006.01) (54)发明名称 一种自适应全光纤激光超 声测量仪 (57)摘要 本发明公开了一种自适应全光纤激光超声 测量仪。 窄线宽半导体光纤激光器输出光经偏振 控制器和偏振分束器分光产生探测光和参考光， 探测光和可见光经波分复用器和双轴扫描振镜 照射至待测试样产生超声振动， 超声振动调制的 散射光汇聚收集作为信号光， 信号光和参考光分 别从干涉仪两端以相反传播方向输入到干涉仪， 经干涉仪解调的参考光生 成反馈控制信号， 调整 干涉仪的检测性能， 经干涉仪解调的信号光生成 超声波信号， 实现待测试样超声测量。 本发明具 有环境适应性强、 测量灵敏度高、 结构紧凑、 便携 性强、 维护调整方便等特点。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114813576 A 2022.07.29 CN 114813576 A 1.一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 包括窄线宽半导体光纤激光器( 1)、 第一光纤偏振控制器(2)、 第一光纤偏振分束器 (3)、 第一光纤环形器(4)、 第二光纤偏振控制器(5)、 干涉仪(6)、 波分复用器(7)、 指示激光 器(8)、 光纤准直器(9)、 双轴扫描振镜(10)、 光汇聚收集器(12)、 准直透镜(13)、 第二光纤环 形器(14)和第三 光纤偏振 控制器(15)； 窄线宽半导体光纤激光器(1)输出端经第一光纤偏振控制器(2)和第一光纤偏振分束 器(3)的输入端连接， 第一光纤偏振分束器(3)的一个输出端和第一光纤环形器(4)的第一 端口连接， 第一光纤环形器(4)的第二端口经第二光纤偏振控制器(5)后和 干涉仪(6)的一 端连接； 第一光纤偏振分束器(3)的另一个输出端和指示激光器(8)共同连接到波分复用器 (7)的两个输入端， 波分复用器(7)的输出端和光纤准直器(9)连接， 光纤准直器(9)输出准 直光束经双轴扫描振镜(10)照射到待测试样(11)上， 待测试样(11)上方设有光汇聚收集器 (12)， 光汇聚收集器(12)接收来自待测试样(11)的散射光后入射到准直透镜(13)， 准直透 镜(13)连接到第二光纤环形器(14)的第一端口， 第二光纤环形器(14)的第二端口经第三光 纤偏振控制器(15)和干涉仪(6)的另一端连接 。 2.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 窄线宽半导体光纤激光器(1)发出连续激光， 经第一光纤偏振控制器(2)偏振处理后形 成具有p偏振态和s偏振态的正交线偏振光， 经第一光纤偏振分束器(3)分束后形成p偏振态 的线偏振光和s偏振态的线偏振光； 以s偏振态的线偏振光作为参考光， 参考光经第一光纤环形器(4)入射到第二光纤偏振 控制器(5)中， 经第二 光纤偏振 控制器(5)偏振处 理后输入到 干涉仪(6)中； 以p偏振态的线偏振光作为探测光， 探测光和指示激光器(8)输出的可见光一起经波分 复用器(7)复用后输入到光纤准直器(9)， 光纤准直器(9)输出空间自由光， 空间自由光经双 轴扫描振镜(10)照射到的待测试样(11)上产生超声振动， 由待测试样(11)表 面散射产生超 声振动调制的散射光， 散射光经光汇聚收集器(12)收集汇聚后入射到准直透镜(13)， 经准 直透镜(13)后变成信号光， 信号光经第二光纤环形器(14)入射到第三光纤偏振控制器(15) 中， 经第三 光纤偏振 控制器(15)偏振处 理后输入到 干涉仪(6)中； 参考光和信号 光在干涉仪(6)中均发生了反射和透射； 经干涉仪(6)透射后的信号光和经干涉仪(6)反射后的参考光合束后经第二光纤偏振 控制器(5)入射到第一 光纤环形器(4)中， 从第一 光纤环形器(4)的第三端口输出； 经干涉仪(6)透射后的参考光和经干涉仪(6)反射后的信号光合束后经第三光纤偏振 控制器(15)入射到第二 光纤环形器(14)中， 从第二 光纤环形器(14)的第三端口输出。 3.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 所述光纤偏振控制器为三环机械型光纤偏振控制器， 第二光纤偏振控制器(5)和第三 光纤偏振控制器(15)的偏振为四分之一波长， 第一光纤偏振控制器(2)将线偏振光的偏振 状态变成椭圆偏振态， p偏振态光和s偏振态光比例为90： 10 。 4.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 还包括第二光纤偏振分束器(16)和第三光纤偏振分束器(19)； 第二光纤偏振分束器 (16)的输入端连接到第一光纤环形器(4)的第三端口， 第二光纤偏振分束器(16)的两个输 出端分别连接一个光电探测器； 第三光纤偏振分束器(19)的输入端连接到第二光纤环形器权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114813576 A 2(14)的第三端口， 第三 光纤偏振分束器(19)的两个输出端也分别连接一个光电探测器。 5.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 还包括反馈控制系统(22)， 反馈控制系统(22)分别连接到第二光纤偏振分束器(16)和 第三光纤偏振分束器(19)的输出经干涉仪(6)反射和 透射处理后的参考的光输出端口； 由 反馈控制系统(22)接收经干涉仪(6)反射/透射处理后的参考光后进行处理并反馈到干涉 仪(6)， 实时调整干涉仪(6)的检测灵敏度。 6.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 还包括数据采集卡(23)， 数据采集卡(23)分别连接到第二光纤偏振分束器(16)和第三 光纤偏振分束器(19)的输出经干涉仪(6)反射和透射处理后的信号光的输出端口， 由数据 采集卡(23)采集接收经干涉仪(6)反射和透射处理后的信号光作为激光超声信号， 后进行 针对待测试样(1 1)表面质量的检测识别处 理。 7.根据权利要求1所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪， 其特 征在于： 通过调整干涉仪(6)的腔长， 进而调整干涉仪(6)的透射/反射曲线， 进而调整干涉仪 (6)工作固定频率对应的幅值和斜 率， 进而调整灵敏度。 8.应用于权利要求1 ‑7任一所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪的测量方法， 其 特征在于： 分光产生参考光和检测光， 将探测光入射到的待测试样(11)的目标对象上调制超声振 动， 汇聚收集待测试样(11)散射出的散射光， 经光电转换后耦合至光纤获得超声振动调制 的信号光， 通过光纤环形器和偏振控制器将信号光和参考光输入干涉仪(11)， 在干涉仪 (11)内腔内经干涉输出， 干涉输出的参考光经光电探测器生 成反馈控制 信号进而用于调整 干涉仪的腔长， 进而反馈调节优化干涉仪的检测灵敏度性能， 干涉输出 的信号光输出经光 电探测器生成超声信号实现待测试样(1 1)的超声测量。 9.根据权利要求8所述的一种自适应全光纤激光超声测量仪的测量方法， 其特 征在于： 测量过程中， 采用以下方式进行信号补偿： 将双轴扫描振镜(10)不同位置扫描采集的 激光超声信号合成为一个合路信号， 将合路信号经希尔伯特变换后， 再做包络处理得到表 面波包络信号， 取表面波包络信号中具有最大幅值的信号作为基准信号， 根据基准信号分 别对各个表面波包络信号进行归一 化处理。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114813576 A 3