本发明专利技术提供了一种超声振动的相移光纤光栅传感探测系统及其应用，属于超声波振动检测领域。所述超声振动的相移光纤光栅传感探测系统包括：窄线宽可调谐激光器、环形器、相移光纤光栅传感器和光电探测器；所述窄线宽可调谐激光器与所述环形器的第一端口连接，所述相移光纤光栅传感器的一端与所述环形器的第二端口连接；所述光电探测器的第一端口与所述相移光纤光栅传感器的另一端连接，第二端口与所述环形器的第三端口连接；所述相移光纤光栅传感器直接贴在待测物体上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于超声波振动检测领域，具体涉及一种超声振动的相移光纤光栅传感探 测系统及其应用。
技术介绍
超声波检测也叫超声探伤，是无损检测的一种。无损检测是在不损坏工件或原材 料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。超声地 震物理模型实验也是通过超声波模拟地震波传播的进行超声探测的，通过超声波在地质模 型中的传播观测对地震波在各种复杂地质体中的传播进行室内模拟观测，并根据观测结果 进行地震学研究。目前常用的超声波检测方法一般采用压电式超声波探头进行超声波发射和接收。 送种探头通常由压电晶片或其他材料（如复合材料）组成，其结构比较简单，安装方便，收 发可互换。图1给出的是压电接触式探头的内部结构图，包括超声福射面101，声匹配层 102,压电陶瓷103,金属盒体104,底座105,屏蔽材料106,引线端子107。 当对固体材料进行测量时，发射探头和接收探头紧贴被测物体表面。发射头将电 信号（一般为窄脉冲）转换为超声波信号；而接收头则将超声波信号转换为电信号。 压电式超声波探头在对固体地质模型（尤其对复杂表面模型）进行检测时，由于 工艺方面的原因器件，检测部分接触面较大，当对曲表面模型进行检测时，探头和模型表 面禪合效果差，有时甚至无法禪合；由于现有超声波探头只能进行窄带发射和接收，因此 测量不能反映野外施工宽频接收的实际情况。 随着光纤传感技术的发展，为了利用其抗干扰能力强、传输距离远、灵敏度高等优 点，光学式振动测量方面的研究越来越多，光纤光栅传感器出现W后，振动传感测试领域发 生了很大的变革，光纤光栅传感器由于体积小、抗干扰能力强、集传感和传输为一体等优 点，已经成为目前振动测试领域的研究热点。目前国内外研究者已经成功研制出了很多光纤振动传感器，克服了传统振动传感 器的诸多缺陷，受到了业内人±的广泛重视。但光纤光栅传感进行振动探测主要集中在低 频信号检测，对于超声波探测目前尚未见其应用成果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种超声振动的相移光 纤光栅传感探测系统及其应用，利用一种相移光纤光栅传感器来实现超声振动探测，克服 常用的超声波传感器探测体积大、带宽窄等缺点，提高超声检测精度、能力，拓宽应用范围。 本专利技术是通过W下技术方案实现的： 一种超声振动的相移光纤光栅传感探测系统，包括；窄线宽可调谐激光器、环形 器、相移光纤光栅传感器和光电探测器； 所述窄线宽可调谐激光器与所述环形器的第一端口连接，所述相移光纤光栅传感 器的一端与所述环形器的第二端口连接； 所述光电探测器的第一端口与所述相移光纤光栅传感器的另一端连接，第二端口 与所述环形器的第Η端口连接； 所述相移光纤光栅传感器直接贴在待测物体上。 所述超声振动的相移光纤光栅传感探测系统包括A/D转换及数据采集卡和计算 机； 所述光电探测器与所述A/D转换及数据采集卡连接，所述A/D转换及数据采集卡 与计算机连接。 由窄线宽可调谐激光器发出的激光从环形器的第一端口输入，从第二端口输出； 从环形器第二端口输出的光直接进入相移光纤光栅传感器，相移光纤光栅传感器 产生的反射光再进入环形器的第二端口，从环形器的第Η端口输出，再进入光电探测器的 第二端口； 相移光纤光栅传感器的透射光直接进入光电探测器的第一端口； A/D转换及数据采集卡对光电探测器的输出电压进行采集，将采集到的信号输入 到计算机进行处理及振动信号的显示。 所述窄线宽可调谐激光器采用TLS激光器。 所述相移光纤光栅传感器中的相移光纤光栅在反射谱带阻中线宽为5-15pm，反射 谱斜率为70-80皿1。 一种利用所述超声振动的相移光纤光栅传感探测系统对物体中传播的超声波进 行连续探测方法，包括：S1，将相移光纤光栅传感器固定在待测物体上，连接好所述超声振动的相移光纤 光栅传感探测系统中的各个仪器；S2,调整窄线宽可调谐激光器的光波波长至相移光纤光栅的设计波长，在振动信 号达到稳定状态时，固定窄线宽可调谐激光器的输出波长；S3，A/D转换及数据采集卡对光电探测器的输出电压进行采集，将采集到的信号输 入到计算机进行处理及振动信号的显示。 一种利用所述超声振动的相移光纤光栅传感探测系统进行触发式实时探测的方 法，包括：L1，将相移光纤光栅传感器固定在待测物体上，连接好所述超声振动的相移光纤 光栅传感探测系统中的各个仪器；L2,超声波激发源采用具有触发同步信号输出的高压脉冲发生器，将同步信号接 入所述A/D转换及数据采集卡的其中一路通道中，利用该信号进行触发采集；L3,调整窄线宽可调谐激光器的光波波长至相移光纤光栅的设计波长，利用采集 卡触发采集得到实时的超声振动信号，在振动信号达到稳定状态时，固定窄线宽可调谐激 光器的输出波长；L4,超声振动的相移光纤光栅传感探测系统每次触发采集，记录下测到的超声波 信号，进而得到激发源到接收点超声波传播的随时间变化的波动图。 与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该专利技术克服超声波传感器探测体积大、带 宽窄等缺点。用在超声地震物理模拟实验上，得到较好的效果。它也可用在无损探伤领域， 具有不受电磁干扰、灵敏度高、振动探测频带宽等优点。【附图说明】 图1是现有压电接触式探头的内部结构图。 图2是本专利技术基于相移光纤光栅传感的超声振动探测系统框图。 图3是相移光栅反射光谱。 图4是超声探测系统与PZT对比测试示意图。 图5 (a)是PZT激励源产生的宽带超声波信号的频谱。 图5(b)是PZT激励源产生的宽带超声波信号的时域。 图6 (a)是PZT传感器检测到的超声信号频谱。 图6化）是相移光栅传感器检测到的超声信号频谱。 图7为两种传感器超声检测信号的时域图，虚线为相移光栅传感器，实线为PZT传 感器。 图8-1是相移光栅计算模型。 图8-2是相移光栅反射谱。 图8-3是相移光栅传感解调原理。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述： 基于光纤光栅传感的技术优势，提出一种基于相移光纤光栅传感的超声振动探测 系统，系统包括；窄线宽可调谐激光器201、相移光纤光栅传感器203、环形器202、光电探测 器（又称为光电平衡探测器）204、A/D转换及数据采集卡205、计算机206 (用于处理及振 动信号（即超声波信号）显示。系统配置框图如图2所示。 本专利技术系统的工作原理如下： 由TLS窄线宽激光器201 (例如可采用型号为SanteeT化-710的TLS窄线宽激光 器。（还可W采用其它性能类似的激光器，如Agilent81640A等））发出的激光从光纤环形器 202的第一端口 1输入，从第二端口 2输出（环形器的工作原理是；如果光从第一端口 1输 入，则从第二端口 2输出；如果光从第二端口 2输入，则从第Η端口 3输出。本实验采用光纤 环形器的目的是尽量减少光能量损耗，保证光能量的有效利用）。从光环形器第二端口 2输 出的光直接进入相移光纤光栅（PS-FBG)传感器203,相移光纤光栅传感器203(即PS-FBG 传感器）直接贴在需要检测振动的物体上，此相移光纤光栅为超声波传感头，既可W产生 反射光，又可W产生透射光，相移光纤光栅几乎没有损耗，相移光纤光栅产生的反射光和透 射光强度之和正本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种超声振动的相移光纤光栅传感探测系统，其特征在于：所述超声振动的相移光纤光栅传感探测系统包括：窄线宽可调谐激光器、环形器、相移光纤光栅传感器和光电探测器；所述窄线宽可调谐激光器与所述环形器的第一端口连接，所述相移光纤光栅传感器的一端与所述环形器的第二端口连接；所述光电探测器的第一端口与所述相移光纤光栅传感器的另一端连接，第二端口与所述环形器的第三端口连接；所述相移光纤光栅传感器直接贴在待测物体上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵群，薛诗桂，宗遐龄，王辉明，刘东方，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司，中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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