[發(fā)明專利]一種基于光纖光柵的寬頻彈性波檢測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110404913.X
• 申請(qǐng)日: 2021-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN113514403B
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃新敬;李健;曾周末;封皓;芮小博;張宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/27
• 分類號(hào): G01N21/27;G01H9/00
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 徐金生

1.一種基于光纖光柵的寬頻彈性波檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括寬頻光源(101)；

寬頻光源(101)，通過光纖與第一環(huán)形器(102)的輸入口A相連接；

其中，第一環(huán)形器(102)的輸出反射輸入口B，通過光纖與參考FBG傳感器(105)的一端相連接；

參考FBG傳感器(105)的底面，粘貼在壓電陶瓷PZT(106)上；

第一環(huán)形器(102)的輸出口C，通過光纖與第二環(huán)形器(103)的輸入口A相連接；

第二環(huán)形器(103)的輸出口C，通過光纖與光電探測(cè)器(107)的檢測(cè)端相連接；

第二環(huán)形器(103)的輸出反射輸入口B，通過光纖與檢測(cè)用FBG傳感器(104)的一端相連接；

其中，檢測(cè)用FBG傳感器(104)，作為彈性波傳感器，其直接粘貼在被測(cè)對(duì)象表面，或者通過增敏結(jié)構(gòu)(203)固定在被測(cè)對(duì)象(201)上；

光電探測(cè)器(107)的檢測(cè)輸出端，通過電線，與數(shù)據(jù)采集模塊(108)的數(shù)據(jù)采集端相連接；

數(shù)據(jù)采集模塊(108)的數(shù)據(jù)輸出端，通過電線，與信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)的數(shù)據(jù)輸入端相連接；

信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)的信號(hào)輸出端，通過導(dǎo)線，與信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)相連接；

信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)的信號(hào)輸出端，通過電線，與壓電陶瓷PZT(106)相電性連接；

其中，寬頻光源(101)，用于提供寬帶光給第一環(huán)形器(102)；

第一環(huán)形器(102)，用于將寬頻光源(101)提供的寬帶光，傳給參考FBG傳感器(105)，并將參考FBG傳感器(105)的反射光傳給第二環(huán)形器(103)；其中，參考FBG傳感器(105)的反射光為窄帶光；

第二環(huán)形器(103)，用于將第一環(huán)形器(102)傳來的所述參考FBG傳感器(105)的反射光，再傳給檢測(cè)用FBG傳感器(104)，并將檢測(cè)用FBG傳感器(104)的反射光傳給光電探測(cè)器(107)；

檢測(cè)用FBG傳感器(104)粘貼在被測(cè)對(duì)象(201)上；

被測(cè)對(duì)象(201)，用于將其表面的應(yīng)變傳遞給檢測(cè)用FBG傳感器(104)；

檢測(cè)用FBG傳感器(104)，用于接收第二環(huán)形器(103)傳遞過來的所述參考FBG傳感器(105)的窄帶光，并將該窄帶光的光譜與其自身形成的窄帶光的光譜相重疊，然后將這兩個(gè)窄帶光的光譜重疊部分的光，輸出給第二環(huán)形器(103)；

參考FBG傳感器(105)，用于接收第一環(huán)形器(102)傳遞過來的所述寬頻光源(101)提供的寬帶光，并在形成窄帶光后輸出給第一環(huán)形器(102)；

參考FBG傳感器(105)粘貼在壓電陶瓷PZT(106)上；

參考FBG傳感器(105)的長(zhǎng)度隨著壓電陶瓷PZT(106)的伸長(zhǎng)和縮短而伸縮；

光電探測(cè)器(107)，用于接收第二環(huán)形器(103)輸出的光信號(hào)，該光信號(hào)是兩個(gè)窄帶光譜重疊的部分的光，并將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后輸出給數(shù)據(jù)采集模塊(108)；

數(shù)據(jù)采集模塊(108)，用于采集光電探測(cè)器(107)輸出的電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)即是光電探測(cè)信號(hào)，該光電探測(cè)信號(hào)即為檢測(cè)獲得的寬頻彈性波檢測(cè)信號(hào)，并將采集的電壓信號(hào)傳遞給信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)；

信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)，用于接收數(shù)據(jù)采集模塊(108)發(fā)來的電壓信號(hào)，然后輸出電壓信號(hào)給信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)；

信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)，用于接收信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)輸出的電壓信號(hào)，然后作為驅(qū)動(dòng)電壓輸出給壓電陶瓷PZT(106)，驅(qū)動(dòng)所述壓電陶瓷PZT(106)伸長(zhǎng)和縮短；

信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)，用于接收信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)輸出的電壓信號(hào)，該信號(hào)為直流電壓DC信號(hào)和交流AC電壓信號(hào)的疊加信號(hào)；

信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)，還用于搜索獲取起檢測(cè)用FBG傳感器(104)以及參考FBG傳感器(105)這兩個(gè)FBG的光譜偏差并調(diào)節(jié)該偏差，并鎖定系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)，使得彈性波探測(cè)的靈敏度高；

對(duì)于信號(hào)產(chǎn)生模塊(109)，搜索和調(diào)節(jié)兩個(gè)FBG的光譜偏差、并鎖定系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)、保持彈性波測(cè)量的高靈敏度的具體控制過程如下：

首先，固定信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)輸出的AC信號(hào)的幅值和頻率，然后逐漸改變信號(hào)處理驅(qū)動(dòng)模塊(110)輸出的DC信號(hào)的幅值、改變參考FBG的中心波長(zhǎng)，利用預(yù)設(shè)小幅值的AC信號(hào)引起壓電陶瓷PZT(106)振動(dòng)、模擬彈性波的到來；

然后，繼續(xù)保持AC信號(hào)不變，改變DC信號(hào)的幅值，采集光電探測(cè)器(107)輸出的電壓信號(hào)，并通過進(jìn)行快速傅里葉變換，獲得該電壓信號(hào)的幅值；

然后，取光電探測(cè)器(107)輸出的電壓信號(hào)中的最大直流DC電壓值，作為施加在壓電陶瓷PZT(106)上的最佳驅(qū)動(dòng)電壓，然后向壓電陶瓷PZT(106)輸出；

其中，系統(tǒng)最佳工作點(diǎn)，即是施加在壓電陶瓷PZT(106)上的最佳驅(qū)動(dòng)電壓。