[發明專利]一種基于光致超聲和激光干涉的全光學超聲探測裝置

有效

• 申請號: 202010787228.5
• 申請日: 2020-08-07
• 公開（公告）號: CN111912908B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 馬建國;徐立軍;馬向東;付博
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;G01H9/00
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王立普

本發明涉及一種基于光致超聲和激光干涉的全光學超聲探測裝置。該裝置的第一激光器通過光纖連接至光開關；光開關通過多路光纖連接至介質膜，吸光膜位于介質膜的出射光路上；第二激光器產生參考光和多束探測光；參考光經過聲光移頻器和第二光纖耦合器后產生第一移頻參考光和多束第二移頻參考光；第一移頻參考光經過第三光纖耦合器到達第一光電二極管生成載波信號；探測光經過介質膜反射后與第二移頻參考光發生干涉，干涉光經過第四光纖耦合器后到達第二光電二極管，生成調頻信號，調頻信號和載波信號輸入混頻器，生成混頻信號；采集單元用于采集多個混頻器輸出的混頻信號，并得到待測物體產生的振動信號。本發明可以提高超聲探測的靈活度和帶寬。

技術領域

本發明涉及超聲探測領域，特別是涉及一種基于光致超聲和激光干涉的全光學超聲探測裝置。

背景技術

超聲探測技術廣泛應用于無損檢測、生物醫學成像以及海洋偵察等諸多領域，是目前最重要的探測技術之一。超聲探測技術的核心是超聲傳感器，傳統超聲傳感器多采用壓電材料制作，這種傳感器無法同時兼顧高靈敏度和寬帶寬，加之存在較強的電磁干擾，大大限制了其應用。

基于激光干涉的超聲傳感具有良好的抗電磁干擾能力，且在很寬的帶寬下仍能保證很高的靈敏度，是一種非常有前景的超聲探測方案。迄今為止，已有的光學超聲探測系統僅基于光致超聲原理來產生超聲或者基于激光干涉來探測超聲，無法實現全光學超聲探測。且基于光纖超聲傳感器的超聲探測系統難以實現多個傳感器陣列式集成，也大大限制了其進一步推廣應用。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光致超聲和激光干涉的全光學超聲探測裝置，以提高超聲探測的靈敏度和帶寬。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種基于光致超聲和激光干涉的全光學超聲探測裝置，包括：第一激光器、光開關、介質膜、吸光膜、第二激光器、第一光纖耦合器、多個光纖環路器、聲光移頻器、第二光纖耦合器、第三光纖耦合器、多個第四光纖耦合器、第一光電二極管、多個第二光電二極管、多個混頻器和采集單元；

所述第一激光器的輸出端通過光纖連接至所述光開關；所述光開關的多個輸出端分別通過多路光纖連接至所述介質膜，所述吸光膜固定于所述介質膜的出射光路上；所述吸光膜用于吸收所述第一激光器發出的激光短脈沖，產生光致超聲；

所述第一光纖耦合器位于所述第二激光器的出射光路上，所述第二激光器發出的連續激光束經所述第一光纖耦合器后，分為一束初始參考光和多束探測光；所述聲光移頻器位于所述初始參考光的光路上；所述初始參考光依次經過所述聲光移頻器和所述第二光纖耦合器后產生多束移頻參考光，多束所述移頻參考光包括一束第一移頻參考光和多束第二移頻參考光；所述第三光纖耦合器位于所述第一移頻參考光的出射光路上，所述第一光電二極管位于所述第三光纖耦合器的出射光路上，所述第一光電二極管用于輸出多路載波信號；

多束所述第二移頻參考光、多束所述探測光、多個所述光纖環路器、多個所述第四光纖耦合器和多個所述第二光電二極管、多路載波信號和多個混頻器一一對應；

多個所述光纖環路器分別位于所述多束探測光的光路上，每束所述探測光依次經過對應的光纖環路器后到達所述介質膜，所述介質膜用于反射所述探測光，每束所述探測光經過反射后與對應的所述第二移頻參考光發生干涉，產生干涉光，所述干涉光依次經過對應的所述第四光纖耦合器后到達對應的所述第二光電二極管，生成調頻信號，所述調頻信號和對應的載波信號輸入對應的所述混頻器，生成混頻信號；所述采集單元用于分別采集多個所述混頻器輸出的混頻信號，并得到待測物體產生的振動信號。

可選的，所述第一激光器發出的激光短脈沖通過所述光開關選通支路對應的光纖照射至所述介質膜，所述激光短脈沖穿過所述介質膜后照射至所述吸光膜，所述吸光膜產生的光致超聲用于探測待測物體。