[發明專利]一種基于有源光纖光柵的寬帶超聲檢測系統及方法

在審

• 申請號: 201710422201.4
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107192440A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 程茜;錢夢騄;徐崢;陳皓;潘晶;陳盈娜;覃宇;嚴旭;趙文丞
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司31225
• 代理人: 宣慧蘭

技術領域

本發明涉及一種寬帶超聲檢測系統及方法，尤其是涉及一種基于有源光纖光柵的寬帶超聲檢測系統及方法。

背景技術

傳統的聲電型換能器技術規范，工藝成熟，使用方便，然而其在某些惡劣環境下難以正常工作，如探測化學或者電磁環境中或者高強度的聲場等。而光纖聲傳感器，由于制作材料絕緣，能抗電磁干擾，且材料抗壓能力強，靈敏度高，耐腐蝕等特點，越來越受人關注。此外，隨著制造技術的進步，其成本也在不斷降低，易復用，具有很高的性價比，是傳統聲電型換能器的理想替代品。然而，大多數文章并未關注光纖本身聲學上的一些特性對聲場測量造成的影響，尤其是基于有源光纖光柵的超聲檢測系統。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于有源光纖光柵的寬帶超聲檢測系統及方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于有源光纖光柵的寬帶超聲檢測系統，該系統包括依次連接的泵浦、有源光纖光柵、耦合器、轉換采集器和解調器，所述的泵浦發出泵浦光，有源光纖光柵接收泵浦光并激發產生反射激光，耦合器將反射激光進行耦合產生多路具有相位差的耦合激光，所述的轉換采集器將多路具有相位差的耦合激光分別轉化為光強電信號并存儲，所述的解調器對多路光強電信號進行解調得到超聲信號大小。

所述的耦合器包括依次連接的2*2耦合器和3*3耦合器，2*2耦合器輸入端連接有源光纖光柵，2*2耦合器輸出端連接3*3耦合器輸入端，3*3耦合器輸出端連接轉換采集器；

所述的2*2耦合器接收反射激光并生成兩路相位差為π的第一耦合激光，3*3耦合器接收兩路第一耦合激光并生成三路兩兩之間相位差為2π/3的第二耦合激光。

所述的轉換采集器包括依次連接的光電轉換器和采集卡，所述的光電轉換器連接耦合器，所述的采集卡連接調節器，光電轉換器將多路具有相位差的激光分別轉化為光強電信號，采集卡采集光強電信號并存儲。

所述的解調器為LabVIEW解調器。

一種采用上述基于有源光纖光柵的寬帶超聲檢測系統進行超聲檢測的方法，該方法包括如下步驟：

(1)將有源光纖光柵置于待測量的超聲場中，泵浦發出波長為λ₁的泵浦光；

(2)有源光纖光柵接收泵浦光并激發產生波長為λ₂的反射激光；

(3)耦合器接收反射激光并耦合產生多路具有相位差的耦合激光；

(4)轉換采集器將多路耦合激光轉換為光強電信號并存儲；

(5)解調器根據多路耦合激光對應的光強電信號進行解調計算得到超聲信號大小。

所述的步驟(3)具體為：首先2*2耦合器接收有源光纖光柵的反射激光并耦合產生兩路相位差為π的第一耦合激光，然后3*3耦合器接收兩路第一耦合激光并生成三路兩兩之間相位差為2π/3的第二耦合激光；

進而，步驟(4)轉換采集器將三路兩兩之間相位差為2π/3的第二耦合激光轉換為光強電信號并存儲，步驟(5)解調器根據3路光強電信號進行解調得到超聲信號大小。

步驟(5)解調器根據3路光強電信號進行解調得到超聲信號大小具體方法為：

(a)將3路光強電信號去除直流分量得到交流分量S₁、S₂和S₃，S₁、S₂和S₃分別對時間t求導得到S₁′、S₂′和S₃′；

(b)求取S1＝S₁′·(S₂′-S₃′)、S2＝S₂′·(S₁′-S₃′)、S3＝S₃′·(S₁′-S₂′)；

(c)求取S＝S1+S2+S3；

(d)根據下式求取有源光纖光柵在待測量的超聲場中的中心波長的改變量Δλ_B：

其中，n_e為有源光纖光柵的有效折射率，d為2*2耦合器輸出臂的臂長差，λ_B為有源光纖光柵的中心波長；

(e)根據Δλ_B得到超聲信號大小。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：