[发明专利]一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感系统

说明书

技术领域

本发明属于超声波检测技术领域，特别涉及一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感系统。

背景技术

超声波是一种振动频率高于声波的机械波。超声波检测结构件缺陷技术就是采用高灵敏度的超声波传感器采集来自超声探头发出的信号，并通过对这些超声波信号的幅值，时间，波形变化等参数来了解结构件缺陷的发展状况，以实现对结构件健康状况的检测。由于超声波检测技术的穿透能力强、灵敏度高、普适性等优点，使得它在航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估有广泛的应用。

光纤布拉格光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内产生周期性变化的折射率分布，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带滤波器或反射镜。宽带光进入光纤布拉格光栅，只有满足其反射条件的很窄的光才能被光纤布拉格光栅反射回去。由于光纤布拉格光栅的抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、对电绝缘、成本低及易于实现复用等优点，光纤布拉格光栅一经问世，便在光纤传感领域发挥重要作用，并在高速公路、桥梁、矿山、地质勘探、铁路、石油、天然气管道的结构健康监测中得到广泛应用。

现有的光纤光栅传感系统如中国专利CN200610130121.3“光纤光栅传感系统”、CN200920129512.2“一种光纤光栅传感器及光纤光栅传感系统”都可以同时测量温度与应变；现有的光栅超声波检测系统如中国专利CN201420775445.2“用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统”等超声波检测系统适于在恒温环境下检测，若环境温度变化较大，则会影响光纤布拉格光栅检测精度。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤布拉格光栅引入超声波检测领域，提供了一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感系统，该系统具有检测灵敏度高、精度高、穿透力强、不受电磁干扰、适于动和静态检测、适于恒温和变温环境工作等特点。

本发明的技术方案：一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感系统，所述传感系统包括：ASE宽带光源，光纤环形器，传感光纤布拉格光栅，光纤耦合器，匹配光纤布拉格光栅，第一、第二两个光电探测电路模块，第一、第二两个前置放大器电路模块，数字采集卡，FPGA，计算机；其中，光纤环形器的A端口和B端口分别连接ASE宽带光源和传感光纤布拉格光栅，C端口连接光纤耦合器的D端口；光纤耦合器的E端口通过与匹配光纤布拉格光栅与第一个光电探测电路模块相连，F端口与第二个光电探测电路模块相连；ASE宽带光源发出的宽带光经过光纤环形器到达传感光纤布拉格光栅，符合光纤布拉格光栅条件的窄带光从传感光纤布拉格光栅返回到光纤环形器，再进入光纤耦合器；通过光纤耦合器后光被均匀的分成两路，其中一路通过匹配光纤布拉格光栅后进入第一光电探测电路模块，另一路直接进入第二光电探测电路模块；两路光经过第一光电探测电路模块和第二光电探测电路模块转化为电信号，再分别通过第一前置放大器电路模块和第二前置放大器电路模块进行信号放大后，输入数字采集卡后生成两路电信号，两路电信号进入FPGA解调，得出超声波信息，最后在计算机上进行分析与显示。

进一步的，所述ASE宽带光源，中心波长1545nm，3dB带宽40nm。

进一步的，所述光纤环形器，工作波长为1550±20nm。

进一步的，所述光纤耦合器为3dB光纤耦合器，分光比为50:50。

进一步的，所述匹配光纤布拉格光栅，要与传感光纤布拉格光栅相匹配，即匹配光纤布拉格光栅的3dB点与传感光纤布拉格光栅的3dB点相交，并且要求两个光栅的反射比、边摸抑制比、3dB带宽等参数基本一致。

进一步的，所述第一、第二两个光电探测电路模块为半导体InGaAs PIN型光电二极管电路模块。

进一步的，所述第一、第二两个前置放大器电路模块，带宽为20kHz—1200kHz，信噪比50dB以上。