本發(fā)明屬于超聲波信號(hào)采集和檢測(cè)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于光纖EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)傳感器進(jìn)行超聲波信號(hào)采集的裝置。

背景技術(shù)：

目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)設(shè)備用超聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)有多種方法，壓電超聲法檢測(cè)法是最普及的方法，但傳感器是貼在設(shè)備外殼上的，其檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部的超聲波信號(hào)，不易受到電磁噪聲的干擾，但靈敏度不高。也有將壓電傳感器放置在設(shè)備外殼的內(nèi)部，在液體中檢測(cè)超聲波信號(hào)的，但由于壓電超聲傳感器在液體中檢測(cè)靈敏度也不高，同時(shí)不能放在強(qiáng)電場(chǎng)中，或帶高電壓部位處進(jìn)行測(cè)量，使其檢測(cè)方法受到限制。

光超聲波法傳感器具有體積小、損耗低、干擾小、絕緣性能好和防燃防腐蝕的優(yōu)點(diǎn)而具有廣泛的應(yīng)用前景。光超聲波法包括光纖光柵測(cè)超聲振動(dòng)法和光纖干涉測(cè)超聲振動(dòng)法，光纖干涉法測(cè)超聲振動(dòng)法有三種辦法：光纖邁克爾遜(Michelson)干涉法、光纖馬赫-澤德爾干涉(Mach-Zehnder)法和法布里-帕羅(Fabry-Perot)干涉法。邁克爾遜法檢測(cè)系統(tǒng)的靈敏度不高，且在在超聲波傳播的多路徑間題；光纖馬赫-澤德爾干涉法解調(diào)頻率響應(yīng)不夠高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)設(shè)備要求高；光纖法布基里-帕羅法則具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，高可靠性，高靈敏度，快速響應(yīng)，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到人們普遍的關(guān)注。

目前現(xiàn)有技術(shù)中研究的光纖EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)，主要用于溫度、應(yīng)變、壓力等緩變量的測(cè)量，尚不適合高頻快速的超聲波信號(hào)檢測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于使用光纖EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)傳感器進(jìn)行超聲信號(hào)采集的裝置，以適用于多種工業(yè)設(shè)備高頻快速的 的超聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)，并可廣泛應(yīng)用于多領(lǐng)域的水下超聲波信號(hào)監(jiān)測(cè)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明涉及的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置包括有以下部分：

外殼，在該外殼上設(shè)置有多個(gè)用于連接光纖EFPI傳感器的光纖接口；以及設(shè)置在外殼內(nèi)的：

激光器，用于產(chǎn)生光源信號(hào)；

光分路器，通過光纖與該激光器連接；

多個(gè)光環(huán)形器，數(shù)量與所述光纖接口相同，該多個(gè)光環(huán)形器的輸入端口通過并行設(shè)置的多路光纖與所述光分路器連接，該多個(gè)光環(huán)形器上的探測(cè)端口通過并行設(shè)置的多路光纖與對(duì)應(yīng)的光纖接口連接；

多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器，數(shù)量與所述光纖接口相同，該多個(gè)光環(huán)形器上的輸出端口通過并行設(shè)置的多路光纖與對(duì)應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換器連接；

信號(hào)采集電路板，用于接受和處理該光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化形成的電信號(hào)并與外部通訊連接。

優(yōu)選的，所述的激光器為窄帶光源激光器，該窄帶光源激光器的單色光波長(zhǎng)為1550nm或1310nm。

進(jìn)一步，所述窄帶光源激光器為SLED激光器。

優(yōu)選的，所述超聲波采集裝置可對(duì)多路超聲波信號(hào)同步采集，所述光纖接口的數(shù)量為1至16之間。

進(jìn)一步，所述信號(hào)采集電路板上具有電信號(hào)處理模塊和用于外部的后臺(tái)系統(tǒng)通信的通訊模塊以及控制模塊，該電信號(hào)處理模塊包括用于采集所述光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的電信號(hào)的采集電路、用于根據(jù)信號(hào)幅值大小進(jìn)行自動(dòng)增益的放大電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。

進(jìn)一步，在所述信號(hào)采集電路板上設(shè)置有用于輸出信號(hào)的以太網(wǎng)接口，所述超聲波采集裝置可通過該以太網(wǎng)接口輸出數(shù)字波形信號(hào)并通過以太網(wǎng)傳輸給后臺(tái)系統(tǒng)。

進(jìn)一步，所述超聲波采集裝置還包括可連接外部電源的電源適配板，該電源適配板用于給所述激光器和信號(hào)采集電路板供電。

進(jìn)一步，所述電源適配板還連接有一設(shè)置在外殼上的電源指示燈。

優(yōu)選的，所述光電轉(zhuǎn)換器為PIN光電二極管。

本發(fā)明的有益效果在于其能方便的應(yīng)用于多路光纖EFPI傳感器，進(jìn)行超聲波信號(hào)的采集、處理和傳輸，通過輸出數(shù)字信號(hào)給后臺(tái)系統(tǒng)，以便于后臺(tái)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，進(jìn)行自動(dòng)的檢測(cè)和診斷。其技術(shù)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1、本超聲波采集裝置具有高度集成，簡(jiǎn)易安裝、操作方便等特點(diǎn)。將主光路器件(除傳感器外)和多個(gè)電路子模塊等高度集成在外殼內(nèi)，形成一體機(jī)，可以方便的安裝應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境條件下。

2、本超聲波采集裝置具有靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn)。本裝置設(shè)計(jì)使用光纖EFPI傳感器，保證了信號(hào)源的高靈敏度，同時(shí)裝置本身具有多級(jí)放大電路，并且放大倍數(shù)根據(jù)信號(hào)幅值自動(dòng)調(diào)節(jié)，能同時(shí)兼顧不同大小的輸入信號(hào)。該裝置本身的設(shè)計(jì)達(dá)到EMC4級(jí)水平，在各種強(qiáng)電磁干擾情況下，裝置性能不會(huì)受到影響。

3、本超聲波采集裝置通過以太網(wǎng)接口輸出數(shù)字波形信號(hào)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。本裝置設(shè)計(jì)為當(dāng)前普遍適用的以太網(wǎng)接口方式，向后臺(tái)系統(tǒng)輸出數(shù)字波形信號(hào)，可直接通過局域網(wǎng)、外部互聯(lián)網(wǎng)、WIFI、串口直連等多種網(wǎng)絡(luò)方式，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸給后臺(tái)系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是實(shí)施例中涉及的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置的構(gòu)成示意圖；

圖2是實(shí)施例中涉及的信號(hào)采集電路板上的電路結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面就以具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所涉及的超聲波采集裝置的結(jié)構(gòu)及工作原理作進(jìn)一步闡述：

參見圖1所示，本實(shí)施例提供的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置包括激光器1、可分為N路的光分路器2、N個(gè)光環(huán)形器4、N個(gè)光纖接口5、N個(gè)光電轉(zhuǎn)換器9、一塊信號(hào)采集電路板8、外殼10等，光環(huán)形器4與光電轉(zhuǎn)換器9相對(duì)應(yīng)，其數(shù)量N與光纖接口5的數(shù)量相同，每個(gè)光纖接口5中的信號(hào)單獨(dú)被采集，互不干涉。除了EFPI傳感器以外，以上的光處理器件和電路器件都集成在外殼10內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。

所述激光器1通過光纖3與光分路器2相連，用于產(chǎn)生光源信號(hào)。光分路器2通過N路并行設(shè)置的單模光纖3與N個(gè)光環(huán)形器4的輸入端口41相連；N個(gè)光環(huán)形器4的探測(cè)端口42通過N路并行設(shè)置的單模光纖3與裝置外殼10上的不同的光纖接口5連接，光纖接口5用于連接外部的光纖EFPI傳感器；N個(gè)光環(huán)形器4的輸出端口43通過N路并行的單模光纖3與信號(hào)采集電路板8上面的N個(gè)光電轉(zhuǎn)換器9對(duì)應(yīng)相連，光環(huán)形器4是只允許某端的入射光從確定端口輸入而反射光從另一端口輸出的非互易性器件，為保證光纖沿指定路徑傳播，因此需使用光環(huán)形器4。在本實(shí)施例中為了簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，多個(gè)光電轉(zhuǎn)換器9依次焊接在信號(hào)采集電路板8上，信號(hào)采集電路板8用于接受和處理該光電轉(zhuǎn)換器9轉(zhuǎn)化形成的電信號(hào)并與外部通訊連接。

作為本實(shí)施例中的優(yōu)選方案，所述的激光器1為窄帶光源激光器，該窄帶光源激光器的單色光波長(zhǎng)為1550nm或1310nm，所述窄帶光源激光器優(yōu)選采用為SLED激光器。光電轉(zhuǎn)換器9優(yōu)先選擇采用PIN光電二極管，具有入射光量和輸 出電流的線性好，響應(yīng)速度快，輸出誤差小，環(huán)境溫度變化所引起的輸出變動(dòng)小，制作簡(jiǎn)單，可靠性高的特點(diǎn)。上述超聲波采集裝置可對(duì)多路超聲波信號(hào)同步采集，一般來說所述光纖接口的數(shù)量N為1至16之間，具體數(shù)量可根據(jù)傳感器的實(shí)際情況而設(shè)定。

參見圖2所示，所述信號(hào)采集電路板8是多個(gè)功能模塊高度集成的信號(hào)采集板卡，其上具有電信號(hào)處理模塊12和用于外部的后臺(tái)系統(tǒng)通信的通訊模塊14以及控制模塊13，該電信號(hào)處理模塊12包括用于采集所述光電轉(zhuǎn)換器9產(chǎn)生的電信號(hào)的采集電路15、用于根據(jù)信號(hào)幅值大小進(jìn)行自動(dòng)增益的放大電路16和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路17，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路17轉(zhuǎn)化形成帶通濾波的數(shù)字波形信號(hào)。其中信號(hào)采集、放大部分采用三級(jí)放大，且放大倍數(shù)可配置和可自動(dòng)調(diào)節(jié)。

再參見圖1所示，在所述信號(hào)采集電路板8上設(shè)置有用于輸出信號(hào)的以太網(wǎng)接口11，所述超聲波采集裝置可通過該以太網(wǎng)接口11輸出數(shù)字波形信號(hào)并通過以太網(wǎng)傳輸給后臺(tái)系統(tǒng)。該超聲波采集裝置還包括可連接外部電源的電源適配板7，電源適配板7還連接有一設(shè)置在外殼10上的電源指示燈6，電源適配板7通過3條電源線給窄帶光源激光器1、信號(hào)采集電路板8、電源指示燈6供電。信號(hào)采集電路板8上面的以太網(wǎng)接口11主要有兩個(gè)通訊線端子座直接裝配在裝置外殼10上，一個(gè)是以太網(wǎng)RJ45端子座，用于負(fù)責(zé)與后臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊；另一個(gè)是DB9的RS232插座，用于裝置本身的固件下載和配置。

本發(fā)明首次提出將上述所描述的對(duì)應(yīng)多路光纖EFPI傳感器的光源、光處理器件、信號(hào)采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)通訊、采集控制、電源適配等功能器件集中裝配在同一個(gè)外殼內(nèi)，形成一個(gè)功能獨(dú)立的、便于安裝的采集裝置。光纖EFPI傳感器直接連接到超聲波采集裝置的光纖接口，不在需要任何其他的輔助器件即可工作。超聲波采集裝置的輸出信號(hào)，為經(jīng)過處理的數(shù)字波形信號(hào)，可以方便的在以太網(wǎng)絡(luò)中傳輸，便于后臺(tái)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理和診斷分析。

以上實(shí)施例僅為本說明書為便于理解發(fā)明內(nèi)容所列舉的部分實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的任何限定，也非所有可實(shí)施方案的窮舉，故凡是對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、流程或步驟所做出的任何微小改進(jìn)或等效替代，均應(yīng)包含在其保護(hù)范圍之內(nèi)。