[发明专利]双探头补偿式光纤声发射传感器

说明书

技术领域

本发明涉及传感器技术类，更具体地说，它涉及一种能自动抑制环境温度、光源强度变化干扰的用于监测声波的光纤传感器。

背景技术

空间飞行器、高速列车、大坝、桥梁、核电站、大型原油储罐等工程结构在运行期间，材料缺陷、腐蚀和超期服役等因素造成大量的损伤隐患，对其工作安全造成了严重威胁。因此，研究新型结构健康监控原理与技术用于工程结构损伤的实时检测和损伤程度的合理评估，对于保障工程结构的运行安全、重大灾害预报、合理设定损伤容限、降低维护费用和延长工程结构工作寿命等方面有着重要的理论意义和广阔的应用前景。声发射现象是进行结构健康监控诊断的重要依据。大多数材料出现形变和裂纹损伤时都有声发射产生。通过接收与分析声发射信号，对声发射源进行定量、定性和定位判断，了解结构的损伤变化、缺陷的活性和严重性，能够达到检测和诊断工程结构损伤的目的。研究能用于工程结构声发射信号精确拾取和识别的传感器已成为声发射技术领域急待解决的关键技术问题。然而，工程结构运行的恶劣环境对声发射检测系统的耐受力提出了严峻挑战。大量工程应用实例证明，湿度和电磁场等环境因素会严重影响目前常用的电量式传感器的检测精度和长期稳定性，不能对绝大多数工程结构进行在线健康监测。光纤传感器能满足在高温、腐蚀与强电磁干扰等恶劣工作环境下对工程结构声发射信号在线实时监控和损伤评估的要求，而且符合现代传感系统小型化、轻型化、高性能与高可靠性等要求。采用Fabry-Perot腔制作的光纤声发射传感器具有结构简单、体积小、时间响应快、高灵敏度和单光纤信号传输等优点，因而受到人们普遍青睐，成为近年来应用于声发射信号检测的光纤传感器主要类型之一。现有的光纤Fabry-Perot声发射传感器如文献“用于液体介质中局放声测的非本征光纤法珀传感器”(赵洪，李敏，王萍萍，张影.《中国电机工程学报》，2008，28(22)，pp.59～63.)报道的光纤Fabry-Perot传感器，该传感器是基于Fabry-Perot腔制作的，在实际运用中，易受环境温度和光源强度变化的影响，造成传感器工作点偏移线性区，使得传感器灵敏度不高，必须采取相应补偿措施以满足传感器的高灵敏度和长期稳定性的要求。

发明内容

本发明针对采用Fabry-Perot腔制作的光纤声发射传感器所存在的易受温度和光源光强变化影响而导致的传感性能下降问题，提供一种具有新型结构、能有效抑制外界温度和光源强度变化的干扰的双探头补偿式光纤声发射传感器。

一种双探头补偿式光纤声发射传感器，包括用光纤顺次连接的2个激光器、2个光纤耦合器、光纤传感探头、2个光电探测器和与所述2个光电探测器电连接的信号处理单元；所述2个激光器分别与所述2个光纤耦合器光纤连接，2个光纤耦合器分别与光纤传感探头、2个光电探测器光纤连接，2个光电探测器与信号处理单元电连接。

所述的激光器为DFB激光器。

所述2个光电探测器均为PIN光电探测器。

所述2个光纤耦合器均为1×2单模光纤耦合器，分光比为50％。

所述的光纤传感探头由2个封装在铜管里的非本征光纤Fabry-Perot腔构成，所述的非本征光纤Fabry-Perot腔由入射光纤、反射光纤及用于固定与准直入射光纤、反射光纤的石英毛细管组成，封装在所述石英毛细管里的入射光纤与反射光纤之间构成空气腔。

所述石英毛细管的两端与所述入射光纤、反射光纤连接处具有熔接形成的2个焊点。

所述的入射光纤与反射光纤为2段端部抛光的单模光纤，端面反射率约为4％。

所述的石英毛细管与所述入射光纤、反射光纤的2个焊点间距为1cm。

所述的连接光纤为单模石英光纤。

本发明采用了传感器工作点的双探头补偿技术，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提出一种具有新型结构的光纤声发射传感器设计方法，能消除外界环境温度和光源强度变化产生的扰动，有效解决光纤Fabry-Perot传感器常见的输出信号衰减问题。

2、本发明设计的光纤声发射传感器环境适应性强，能在高温、腐蚀与强电磁干扰等恶劣工作环境下使用，具有长期稳定性好、寿命长的特点。

附图说明

图1为光纤传感探头2路输出光的强度曲线。

图2为本发明第一实施例的结构示意图。

图3为光纤传感探头的结构示意图。

图4为本发明第二实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式。