[發明專利]光纖聲學透視儀

有效

• 申請號: 201410579186.0
• 申請日: 2014-10-23
• 公開（公告）號: CN104267101A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 馬科夫·阿列克謝;郭耀;崔洪亮;達拉拉伊·帕維爾;郭明義;李剛;古班諾娃·娜塔莉亞;趙恩才
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王恩遠

技術領域

本發明涉及光纖探測技術領域，具體涉及一種利用光纖布拉格光柵動態聲波法檢測冰等固體物質的物理-力學性能的光纖聲學透視儀。

背景技術

自然界冰和凍土層的廣泛分布對人類的經濟活動具有極大的影響。多年凍土帶的總面積占到了陸地總面積的25％。研究冰的力學特性，確定彈性模量參數值及其與剛度范圍的聯系、冰的塑性特性，以及建立確定這些參數的有效科考儀器和方法對于人類活動的各個領域都是一項重要的科學實踐。通過記錄聲波穿過冰的參數，就可以計算冰的物理力學特性：動態彈性模量；體積粘度；內摩擦系數。彈性參數同剛度和形變特性的關系也有物理依據，目前廣泛采用基于磁伸縮及壓電原理的各種加速記錄器記錄聲學信號。但是這些傳感器外形較大，并且敏感度不夠，無法保證在海域和南極實地進行試驗的所需條件。

發明內容

本發明要解決的技術問題是發明和利用光纖布拉格光柵動態聲波法，采用體形很小的光纖傳感器高靈敏動態檢測冰等固體物質的物理-力學性能。

為達到本發明的目的，本發明采用的技術方案是，一種基于光纖布拉格光柵動態聲波法檢測冰等固體物質的物理-力學性能的光纖聲學透視儀，包括探測光纖1，法蘭2，光柵解調模塊組3，寬帶光源(ASE)4，聲波發生器5，直流電源6，主機7，示波器8，計算機9和主環形器10；其中，法蘭2、光柵解調模塊組3、寬帶光源(ASE)4、直流電源6和主環形器10位于主機7內；所述探測光纖1中含有2～8組不同中心波長的探測光柵20，并通過法蘭2與主機7相連；所述光柵解調模塊組3由基本模塊11和1～7組單光柵解調模塊12串聯而成；基本模塊11由第一環形器13、第一光電探測器14和第一解調光柵15組成，第一環形器13的1號端口與主環形器10的3號端口相連，2號端口與第一解調光柵15相連，3號端口與第一光電探測器14相連，第一解調光柵15的另一端與第一組單光柵解調模塊12相連；所有的單光柵解調模塊12由第二環形器16、第二解調光柵18和第二光電探測器17組成；第一組單光柵解調模塊12中的第二環形器16的1號端口與基本模塊11中的第一解調光柵15相連，2號端口與第二解調光柵18的一端相連，3號端口與第二光電探測器17相連，第二解調光柵18的另一端與下一組單光柵解調模塊12中的第二環形器16的1號端口相連或者置空；第二組～第八組單光柵解調模塊12中的第二環形器16的1號端口與上一組單光柵解調模塊12中的第二解調光柵18相連，最后一組單光柵解調模塊12中的第二解調光柵18的另一端置空；法蘭2與主環形器10的2號端口相連，寬帶光源4與主環形器10的1號端口相連，主環形器10的3號端口與基本模塊11相連，單光柵解調模塊12串聯在基本模塊11之后；主環形器10，第一環形器13和所有單光柵解調模塊12中的第二環形器16只允許光從1號端口進，從2號端口出，或者從2號端口進，從3號端口出；直流電源6通過電線與第一光電探測器14和所有單光柵解調模塊12中的第二光電探測器17相連；第一光電探測器14和所有單光柵解調模塊12中的第二光電探測器17通過接線與示波器8相連，第一光電探測器14和所有單光柵解調模塊12中的第二光電探測器17并聯；計算機9通過數據線與示波器8相連；聲波發生器5位于待探測物上，測量時使用；所述直接電流6供給光電探測器和寬帶光源(ASE)4的電壓限定為5V；第一解調光柵15和所有單光柵解調模塊12中的第二解調光柵18的中心波長與探測光纖1中的探測光柵20的中心波長一一對應且波長大小相同。

探測光柵20和光柵解調模塊組3中的各個解調光柵是相互配合的，兩者數量和中心波長一致。當所述探測光纖1中含有2組不同中心波長的探測光柵20，對應的光柵解調模塊組3中含有1組基本模塊11和1組單光柵解調模塊12，此時儀器應用于測量一維直線上的參數；當所述探測光纖1中含有4組不同中心波長的探測光柵20，對應的光柵解調模塊組3中含有1組基本模塊11和3組單光柵解調模塊12，每兩組探測光柵20作為一個單位測量一個維度，此時儀器應用于測量二維平面上的參數；當所述探測光纖1中含有8組不同中心波長的探測光柵20，對應的光柵解調模塊組3中含有1組基本模塊11和7組單光柵解調模塊12，每兩組探測光柵20作為一個單位測量一個維度，其中2組探測光柵20置空，用于對比和提高精度，此時儀器應用于測量三維立體的參數。環行器和探測光柵的結構是現有技術。