[发明专利]一种基于有源光纤光栅的宽带超声检测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种宽带超声检测系统及方法，尤其是涉及一种基于有源光纤光栅的宽带超声检测系统及方法。

背景技术

传统的声电型换能器技术规范，工艺成熟，使用方便，然而其在某些恶劣环境下难以正常工作，如探测化学或者电磁环境中或者高强度的声场等。而光纤声传感器，由于制作材料绝缘，能抗电磁干扰，且材料抗压能力强，灵敏度高，耐腐蚀等特点，越来越受人关注。此外，随着制造技术的进步，其成本也在不断降低，易复用，具有很高的性价比，是传统声电型换能器的理想替代品。然而，大多数文章并未关注光纤本身声学上的一些特性对声场测量造成的影响，尤其是基于有源光纤光栅的超声检测系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于有源光纤光栅的宽带超声检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于有源光纤光栅的宽带超声检测系统，该系统包括依次连接的泵浦、有源光纤光栅、耦合器、转换采集器和解调器，所述的泵浦发出泵浦光，有源光纤光栅接收泵浦光并激发产生反射激光，耦合器将反射激光进行耦合产生多路具有相位差的耦合激光，所述的转换采集器将多路具有相位差的耦合激光分别转化为光强电信号并存储，所述的解调器对多路光强电信号进行解调得到超声信号大小。

所述的耦合器包括依次连接的2*2耦合器和3*3耦合器，2*2耦合器输入端连接有源光纤光栅，2*2耦合器输出端连接3*3耦合器输入端，3*3耦合器输出端连接转换采集器；

所述的2*2耦合器接收反射激光并生成两路相位差为π的第一耦合激光，3*3耦合器接收两路第一耦合激光并生成三路两两之间相位差为2π/3的第二耦合激光。

所述的转换采集器包括依次连接的光电转换器和采集卡，所述的光电转换器连接耦合器，所述的采集卡连接调节器，光电转换器将多路具有相位差的激光分别转化为光强电信号，采集卡采集光强电信号并存储。

所述的解调器为LabVIEW解调器。

一种采用上述基于有源光纤光栅的宽带超声检测系统进行超声检测的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将有源光纤光栅置于待测量的超声场中，泵浦发出波长为λ₁的泵浦光；

(2)有源光纤光栅接收泵浦光并激发产生波长为λ₂的反射激光；

(3)耦合器接收反射激光并耦合产生多路具有相位差的耦合激光；

(4)转换采集器将多路耦合激光转换为光强电信号并存储；

(5)解调器根据多路耦合激光对应的光强电信号进行解调计算得到超声信号大小。

所述的步骤(3)具体为：首先2*2耦合器接收有源光纤光栅的反射激光并耦合产生两路相位差为π的第一耦合激光，然后3*3耦合器接收两路第一耦合激光并生成三路两两之间相位差为2π/3的第二耦合激光；

进而，步骤(4)转换采集器将三路两两之间相位差为2π/3的第二耦合激光转换为光强电信号并存储，步骤(5)解调器根据3路光强电信号进行解调得到超声信号大小。

步骤(5)解调器根据3路光强电信号进行解调得到超声信号大小具体方法为：

(a)将3路光强电信号去除直流分量得到交流分量S₁、S₂和S₃，S₁、S₂和S₃分别对时间t求导得到S₁′、S₂′和S₃′；

(b)求取S1＝S₁′·(S₂′-S₃′)、S2＝S₂′·(S₁′-S₃′)、S3＝S₃′·(S₁′-S₂′)；

(c)求取S＝S1+S2+S3；

(d)根据下式求取有源光纤光栅在待测量的超声场中的中心波长的改变量Δλ_B：

其中，n_e为有源光纤光栅的有效折射率，d为2*2耦合器输出臂的臂长差，λ_B为有源光纤光栅的中心波长；

(e)根据Δλ_B得到超声信号大小。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：