[發(fā)明專利]一種基于超聲波檢測頻率的光纖傳感裝置及實現(xiàn)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011298538.7
• 申請日: 2020-11-19
• 公開（公告）號: CN112630530B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈濤;恭艾娜;陳姣姣;劉馳;王振家;黃海;姜金剛
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: G01R23/02
• 分類號: G01R23/02;G01R15/22
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明專利提供了一種基于超聲波檢測頻率的光纖傳感裝置，它包括ASE光源、光纖耦合器、傳感單元、超聲波發(fā)生裝置、光電轉(zhuǎn)換器、信號處理模塊。本發(fā)明專利通過光纖進行傳感，利用法珀腔原理，使ASE光源發(fā)出的光在法珀腔中產(chǎn)生干涉光譜，通過對干涉光譜的檢測，測量超聲波頻率，并且通過信號處理模塊，實現(xiàn)數(shù)字輸出，達到可以在計算機上顯示的目的。本發(fā)明降低了傳感單元的尺寸，增加了傳感的靈敏度，實現(xiàn)了監(jiān)測超聲波頻率的目的。同時可以在主機上輸出，實現(xiàn)了對超聲波頻率的實時監(jiān)測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于超聲波檢測頻率的光纖傳感裝置。

背景技術(shù)

目前，光纖傳感技術(shù)逐漸完善，光纖傳感的監(jiān)測裝置也隨之越來越完善，其中在光纖傳感裝置中，介質(zhì)材料和傳感裝置的結(jié)構(gòu)都會光纖傳感產(chǎn)生很大的影響。目前，采用光學(xué)方法實現(xiàn)超聲波監(jiān)測的裝置和方法有很多。

黃俊等人(黃俊，文溢，姜飛，張長勝，趙振剛，李川.光纖F-P腔傳感器特性研究[J].傳感器與微系統(tǒng)，2017，36(04)：68-70.)提出了一種基于光纖FP腔的傳感器結(jié)構(gòu)，利用石英膜片的形變改變FP腔長，來判斷是否有超聲波產(chǎn)生。Ni等人(Ni，WJ；Lu，P；Fu，X；etal.Ultrathin graphene diaphragm-based extrinsic Fabry-Peror interfermeterforultr-wideband fiber optic acousic sensing[J].Optics Express，2018，26(16)：20758-20767)提出了一種基于厚度為10nm的石墨烯薄膜的超寬帶光纖聲傳感器,通過聲波對石墨烯膜片的作用，使法珀腔發(fā)生變化，測量聲波頻帶范圍。邵志華等人(Shao，ZH；Qiao，XG；Chen，F(xiàn)Y；et al.Ultrasonic sensitivity-improved fiber-optic Fabry-Perotinterferometer using a beam collimator and its application forultrasonicimaging of seismic physical models[J].Chinese Physics B，2018，27(9)：094218)提出了一種提高超聲靈敏度的光纖法布里-珀羅干涉儀(FPI)，該FPI包括柔性超薄金膜和級折射率多模光纖(MMF)的端面，兩者都封裝在陶瓷管中。給定長度的MMF可以準(zhǔn)直發(fā)散的光束，彌補空腔內(nèi)的光損失，增加光譜條紋的可見性。

雖然上述研究者采用法珀腔原理判斷是否有超聲波，或者利用石墨烯或者金膜構(gòu)成法珀腔的一面，對聲波敏感，改變法珀腔的長度，進而改變光程差，與傳統(tǒng)的超聲波監(jiān)測裝置相比在測量范圍、測量精度以及裝置的便攜度上有了很大的改善；Ni等人提出的FP腔是由兩個固定的反射體構(gòu)成，容易受到外部振動的影響，且傳感器頭必須在25℃的室溫下垂直放置48小時，因為它是從水中取出的石墨烯膜片就會由于強大的范德華力牢固地粘在陶瓷箍的端面上。即陶瓷套圈端面與石墨烯膜片集成。Shao等人提出的金膜作為法珀腔的一部分，由于金膜與空氣存在較大的聲阻抗差，大部分超聲功率反射在氣膜界面處。相互作用力周期性地使金膜發(fā)生軸向拉伸或壓縮變形，從而導(dǎo)致金腔長度的變化。因此針對現(xiàn)有技術(shù)的靈敏度不高、長期運行穩(wěn)定性差、易受外部環(huán)境影響等問題，提出了一種靈敏度更高、穩(wěn)定性好、并且可長期運行的超聲波檢測頻率的光纖傳感裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

技術(shù)方案：一種基于超聲波檢測頻率的光纖傳感裝置，其特征在于，它包括ASE光源(1)、光纖耦合器(2)、傳感單元(3)、超聲波發(fā)生裝置(4)、光電轉(zhuǎn)換器(5)、信號處理模塊(6)；

所述傳感單元(3)包括單模光纖(3-1)、玻璃插芯(3-2)、硅環(huán)(3-3)、石英膜片(3-4)、石墨烯(3-5)、金膜(3-6)，其中：