[發(fā)明專利]一種透射型的匹配光纖布拉格光柵測超聲波信號傳感系統(tǒng)

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• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107422044A
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發(fā)明（設計）人: 魏鵬;韓曉樂
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/32
• 分類號: G01N29/32
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 楊學明,顧煒

技術領域

本發(fā)明屬于超聲波檢測技術領域，特別涉及一種透射型的匹配光纖布拉格光柵測超聲波信號傳感系統(tǒng)。

背景技術

超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波。超聲波檢測結(jié)構件缺陷技術就是采用高靈敏度的超聲波傳感器采集來自超聲探頭發(fā)出的信號，并通過對這些超聲波信號的幅值，時間，波形變化等參數(shù)來了解結(jié)構件缺陷的發(fā)展狀況，以實現(xiàn)對結(jié)構件健康狀況的檢測。由于超聲波檢測技術的穿透能力強、靈敏度高、普適性等優(yōu)點，使得它在航空航天、鐵路交通、鍋爐壓力容器等領域的在役安全檢查與壽命評估有廣泛的應用。

光纖布拉格光柵是利用光纖材料的光敏性，在光纖纖芯內(nèi)產(chǎn)生周期性變化的折射率分布，其作用實質(zhì)上是在纖芯內(nèi)形成一個窄帶濾波器或反射鏡。寬帶光進入光纖布拉格光柵，只有滿足其反射條件的很窄的光才能被光纖布拉格光柵反射回去。由于光纖布拉格光柵的抗電磁干擾、耐腐蝕、靈敏度高、對電絕緣、成本低及易于實現(xiàn)復用等優(yōu)點，光纖布拉格光柵一經(jīng)問世，便在光纖傳感領域發(fā)揮重要作用，并在高速公路、橋梁、礦山、地質(zhì)勘探、鐵路、石油、天然氣管道的結(jié)構健康監(jiān)測中得到廣泛應用。

現(xiàn)有的光纖光柵傳感系統(tǒng)如中國專利CN200610130121.3“光纖光柵傳感系統(tǒng)”、CN200920129512.2“一種光纖光柵傳感器及光纖光柵傳感系統(tǒng)”都可以同時測量溫度與應變；現(xiàn)有的光柵超聲波檢測系統(tǒng)如中國專利CN201420775445.2“用于電網(wǎng)電氣設備局部放電檢測的光纖布拉格光柵超聲波檢測系統(tǒng)”等超聲波檢測系統(tǒng)適于在恒溫環(huán)境下檢測，若環(huán)境溫度變化較大，則會影響光纖布拉格光柵檢測精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，克服已有的技術局限，將匹配光纖布拉格光柵引入超聲波檢測領域，提供了一種透射型的匹配光纖布拉格光柵測超聲波信號傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有檢測靈敏度高、精度高、穿透力強、不受電磁干擾、適于動和靜態(tài)檢測、適于恒溫和變溫環(huán)境工作等特點。

本發(fā)明的技術方案：一種透射型的匹配光纖布拉格光柵測超聲波信號傳感系統(tǒng)，所述傳感系統(tǒng)包括ASE寬帶光源，光纖環(huán)形器，傳感光纖布拉格光柵，匹配光纖布拉格光柵，光電探測電路模塊，前置放大器電路模塊，數(shù)字采集卡，F(xiàn)PGA和計算機；其中，光纖環(huán)形器的A端口和B端口分別連接ASE寬帶光源和傳感光纖布拉格光柵，C端口連接匹配光纖布拉格光柵；ASE寬帶光源發(fā)出的寬帶光經(jīng)過光纖環(huán)形器到達傳感光纖布拉格光柵，符合光纖布拉格光柵條件的窄帶光從傳感光纖布拉格光柵返回到光纖環(huán)形器，再進入到匹配光纖布拉格光柵；從匹配光纖布拉格光柵透射的光信號通過光電探測電路模塊轉(zhuǎn)化為電信號，電信號進入前置放大器電路模塊進行放大，放大后的電信號通過數(shù)字采集卡采集后進入FPGA解調(diào)信號，得出超聲波信息，最后在計算機上進行分析與顯示。

進一步的，所述ASE寬帶光源，中心波長1545nm，3dB帶寬40nm。

進一步的，所述光纖環(huán)形器，工作波長為1550±20nm。

進一步的，所述匹配光纖布拉格光柵，要與傳感光纖布拉格光柵相匹配，即匹配光纖布拉格光柵的3dB點與傳感光纖布拉格光柵的3dB點相交，并且要求兩個光柵的反射比、邊摸抑制比、3dB帶寬等參數(shù)基本一致。

進一步的，所述光電探測電路模塊為半導體InGaAs PIN型光電二極管電路模塊。

進一步的，所述前置放大器電路模塊，帶寬為20kHz—1200kHz，信噪比50dB以上。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于：現(xiàn)有的光纖布拉格光柵傳感器檢測超聲波傳感系統(tǒng)大多數(shù)都工作在恒溫或溫度變化較小的環(huán)境下，一旦環(huán)境溫度變化較大，光纖布拉格光柵的檢測超聲波信號精度便會降低，影響最終檢測結(jié)果，而本發(fā)明采用透射型匹配光纖布拉格光柵檢測超聲波信號傳感系統(tǒng)，系統(tǒng)有共2個光纖布拉格光柵，其中一個作為匹配光纖布拉格光柵，另一個作為傳感光纖布拉格光柵，實現(xiàn)實時溫度自補償，可以最大限度的降低溫度對傳感光纖布拉格光柵傳感器的影響，使得傳感光纖布拉格光柵傳感器在變溫環(huán)境下同樣具有正常工作的能力；此外該系統(tǒng)為透射型，即采集透過匹配光纖布拉格光柵的光信號即可得到超聲波信息，實現(xiàn)原理簡單，檢測超聲波效果較好。

附圖說明

圖1是透射型的匹配光纖布拉格光柵測超聲波信號傳感系統(tǒng)的原理圖；

圖中：1為ASE寬帶光源，2為光纖環(huán)形器，3為傳感光纖布拉格光柵，4為匹配光纖布拉格光柵，5為光電探測電路模塊，6為前置放大器電路模塊，7為數(shù)字采集卡，8為FPGA，9為計算機；

具體實施方式