本實(shí)用新型涉及一種聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，特別是一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代工程建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械裝備、電力水利、航空航天等已經(jīng)向大型化、集成化、復(fù)雜化方向發(fā)展。在這些集成且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中,可以通過(guò)盡早發(fā)現(xiàn)裂紋的位置、性質(zhì)及擴(kuò)展情況,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)損傷的部位及程度來(lái)預(yù)防事故的發(fā)生。與傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比,聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)具有對(duì)檢測(cè)對(duì)象幾何形狀不敏感、可以對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估與實(shí)時(shí)診斷等優(yōu)點(diǎn)。

傳統(tǒng)的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)采用的壓電傳感器屬于諧振式高靈敏度傳感器,具有本身阻抗低、轉(zhuǎn)換效率高、波形穩(wěn)定、介電損耗低且發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn),但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯,工作頻率較窄、易受電磁干擾、不能接觸腐蝕環(huán)境等。光纖光柵傳感器具有絕緣性好、無(wú)源無(wú)電、體積小質(zhì)量輕、抗電磁干擾、易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn),特別是在易燃易爆、高腐蝕的環(huán)境中優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

但在實(shí)際搭建光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的過(guò)程中面臨一些問(wèn)題：1、由于光纖光柵質(zhì)地比較脆的原因,需要對(duì)裸光纖光柵進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b保護(hù),但在具體的封裝保護(hù)過(guò)程中,封裝工藝會(huì)對(duì)光纖光柵的應(yīng)變傳遞能力產(chǎn)生或多或少的影響,使得光纖光柵感應(yīng)的應(yīng)變與被測(cè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)變有所差異；2、傳感系統(tǒng)以光信號(hào)為載體來(lái)感知與傳輸聲發(fā)射信號(hào),由于外界振動(dòng)引起的光強(qiáng)變化非常微弱,在系統(tǒng)硬件連接過(guò)程中不當(dāng)?shù)牟僮鲗?duì)光信號(hào)的傳輸影響很大；3、傳感系統(tǒng)需要通過(guò)檢測(cè)光纖光柵反射光功率的變化來(lái)感知聲發(fā)射源信號(hào),因此為了提高系統(tǒng)的檢測(cè)精度與信噪比,對(duì)系統(tǒng)光源的要求比較高；4、現(xiàn)有的聲發(fā)射傳感器表面粘貼或內(nèi)部埋入在檢測(cè)結(jié)構(gòu)里，可以有效地檢測(cè)到聲發(fā)射波，但是，聲發(fā)射現(xiàn)象經(jīng)常會(huì)在檢測(cè)結(jié)構(gòu)受到外界應(yīng)變作用的情況下產(chǎn)生，由于施加在檢測(cè)結(jié)構(gòu)上的外界應(yīng)變的影響，光柵的反射譜會(huì)隨之漂移，當(dāng)光柵的反射譜漂移量過(guò)大就會(huì)無(wú)法進(jìn)行聲發(fā)射波的檢測(cè)，因此，無(wú)法進(jìn)行聲發(fā)射波的連續(xù)檢測(cè)；5、光纖光柵聲發(fā)射傳感器不能移動(dòng)，無(wú)法重復(fù)利用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于：針對(duì)上述存在的問(wèn)題，提供一種具有免受施加在檢測(cè)結(jié)構(gòu)上的外界應(yīng)變的干擾，還能夠在檢測(cè)結(jié)構(gòu)上重新布置進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)的光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下：本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源產(chǎn)生裝置、環(huán)形器、測(cè)量裝置、光電探測(cè)器、前置放大器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；所述環(huán)形器分別連接光源產(chǎn)生裝置、測(cè)量裝置和光電探測(cè)器；所述光電探測(cè)器連接前置放大器，前置放大器連接數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；所述光源產(chǎn)生裝置，用于提供窄帶激光。

以上結(jié)構(gòu)，采用產(chǎn)生窄帶激光的光源產(chǎn)生裝置，并設(shè)計(jì)了包括被測(cè)物和新型聲發(fā)射傳感器的測(cè)量裝置，同時(shí)采用了高靈敏度的窄帶激光解調(diào)技術(shù)，提高了光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的檢測(cè)精度。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述光源產(chǎn)生裝置包括波長(zhǎng)控制器、外腔激光器、光衰減器、光功率控制器和控制電路；所述外腔激光器分別連接波長(zhǎng)控制器和光衰減器；所述光衰減器與光功率控制器連接；所述控制電路分別連接波長(zhǎng)控制器、外腔激光器、光衰減器和光功率控制器。

以上光源產(chǎn)生裝置中，可以通過(guò)光功率控制器反饋信號(hào)的控制、光衰減器和激光二極管的輸入電流的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)激光二極管的工作溫度的穩(wěn)定。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)所述測(cè)量裝置包括傳感器和被測(cè)物；所述傳感器包括封裝外殼，封裝外殼左右兩端設(shè)有密封膠，其底端為基底；所述基底為凸形基底，凸形基底中間的凸出部分一端與密封膠相連，凸出部分上端設(shè)置有環(huán)氧樹(shù)脂膠塊；所述環(huán)氧樹(shù)脂膠塊中部有光纖通過(guò)，光纖一端通過(guò)密封膠與外部連接，另一端光纖中間刻有光柵，懸空在基底上。

以上傳感器結(jié)構(gòu)，改變了傳統(tǒng)與光纖光柵直接粘貼的結(jié)構(gòu)，將光纖光柵懸空在凸形基底上方，通過(guò)光纖將聲光發(fā)射波傳給光纖光柵，避免因高溫膠固化和熱變形產(chǎn)生形變或斷裂，避免因?yàn)橥饨绲恼駝?dòng)使光纖光柵中心波長(zhǎng)發(fā)生漂移，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于安裝，還可以移動(dòng)和多點(diǎn)測(cè)量，使用方便。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述傳感器的封裝方法為：將有機(jī)玻璃基底加工成凸形基底；光纖一端中間刻上光柵；選取環(huán)氧樹(shù)脂膠塊，其中間打通直徑跟光纖適合的孔，將光纖從孔中通過(guò)；用膠粘劑將環(huán)氧樹(shù)脂膠 粘貼在凸形基底上端；將基底放置在封裝殼底部；同時(shí)選取適合的兩個(gè)密封膠，一個(gè)密封膠與環(huán)氧樹(shù)脂膠塊中光纖對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置個(gè)適合光纖通過(guò)的小孔；用密封膠將基底固定和密封于封裝殼中

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述光電探測(cè)器包括光電二極管和三級(jí)互阻放大器；所述三級(jí)互阻放大器包括兩個(gè)可選擇的增益和一個(gè)可選擇的低、高通濾波器；所述三級(jí)互阻放大器兩端分別連接光電二極管；增益和濾波器用來(lái)優(yōu)化接收信號(hào)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，還包括光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)方法：被測(cè)物產(chǎn)生聲發(fā)射波后，聲發(fā)射波經(jīng)基底傳至與基底粘貼的光纖，然后傳至光纖左端，再傳至光纖光柵，聲發(fā)射波導(dǎo)致光纖光柵發(fā)射譜中心波長(zhǎng)發(fā)生高頻變化，聲發(fā)射波傳至光纖右側(cè)端面發(fā)生反射并再次被光纖光柵檢測(cè)，令光柵反射譜的中心波長(zhǎng)再次呈高頻變化，同頻率的聲波在光纖中正反向傳播并相互疊加導(dǎo)致諧振現(xiàn)象，檢測(cè)該高頻變化疊加波長(zhǎng)信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲發(fā)射波的檢測(cè)；通過(guò)光電探測(cè)器檢測(cè)，進(jìn)行窄帶激光解調(diào)，測(cè)得高頻變化的波長(zhǎng)，再經(jīng)過(guò)前置放大器的放大，將波長(zhǎng)信息在數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)上處理和顯示，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲發(fā)射波的檢測(cè)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述窄帶激光解調(diào)法為：窄帶激光光源輸出的光譜與光纖布拉格光柵的反射譜用高斯曲線來(lái)表示，當(dāng)窄帶光源波長(zhǎng)調(diào)諧到傳感光柵反射譜的帶寬點(diǎn)附近時(shí)，即波長(zhǎng)變化最靈敏的線性區(qū)域，則光纖布拉格光柵反射譜函數(shù)用一個(gè)線性譜函數(shù)近似，經(jīng)聲發(fā)射波調(diào)制后，輸入光電轉(zhuǎn)換器的光功率為窄帶光源與光柵反射譜的卷積；轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅碾娦盘?hào)；由光電探測(cè)器原理可知，光電流的大小與輸入光功率成正比，光電探測(cè)器的輸入光強(qiáng)和輸出電壓也是線性的，光電探測(cè)器的輸出電壓值包含聲發(fā)射信號(hào)各參數(shù)。因此，測(cè)量輸出電壓值，就可以推算出聲發(fā)射波的幅值和角頻率兩個(gè)特征參數(shù)，可獲得原始的聲發(fā)射信號(hào)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)采用發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡；采集卡將采集的信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)存實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)可用控制指令將采集的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，字對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)特征提取和波形處理，進(jìn)而反演出聲發(fā)射信號(hào)的信息。

綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本實(shí)用新型的有益效果是：與現(xiàn)有的光纖光柵聲發(fā)射傳感器相比，本實(shí)用新型的光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)為可移動(dòng)、免受外界應(yīng)變影響的諧振式光纖光柵聲發(fā)射傳感器封裝結(jié)構(gòu)，傳感器采用單端光纖粘貼式的封裝結(jié)構(gòu)，光纖光柵一端的光纖被粘貼有機(jī)玻璃板上，封裝后的傳感器不僅具有免受施加在檢測(cè)結(jié)構(gòu)上的外界應(yīng)變的干擾，還能夠在檢測(cè)結(jié)構(gòu)上重新布置進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型中聲發(fā)射傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記：1為封裝外殼，2為凸形基底，3為光纖光柵，4為環(huán)氧樹(shù)脂膠塊，5為密封膠。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作詳細(xì)的說(shuō)明。

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，包括光源產(chǎn)生裝置、環(huán)形器、測(cè)量裝置、光電探測(cè)器、前置放大器和數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；所述環(huán)形器分別連接光源產(chǎn)生裝置、測(cè)量裝置和光電探測(cè)器；所述光電探測(cè)器連接前置放大器，前置放大器連接數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)；所述光源產(chǎn)生裝置，用于提供窄帶激光。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述光源產(chǎn)生裝置包括波長(zhǎng)控制器、外腔激光器、光衰減器、光功率控制器和控制電路；所述外腔激光器分別連接波長(zhǎng)控制器和光衰減器；所述光衰減器與光功率控制器連接；所述控制電路分別連接波長(zhǎng)控制器、外腔激光器、光衰減器和光功率控制器。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)所述測(cè)量裝置包括傳感器和被測(cè)物；所述傳感器包括封裝外殼1，封裝外殼1左右兩端設(shè)有密封膠5，其底端為基底；所述基底為凸形基底2，凸形基底2中間的凸出部分一端與密封膠5相連，凸出部分上端設(shè)置有環(huán)氧樹(shù)脂膠塊4；所述環(huán)氧樹(shù)脂膠塊4中部有光纖通過(guò)，光纖一端通過(guò)密封膠5與外部連接，另一端光纖中間刻有光柵，懸空在基底上。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述傳感器的封裝方法為：將有機(jī)玻璃基底加工成凸形基底2；光纖一端中間刻上光柵；選取環(huán)氧樹(shù)脂膠塊4，其中間打通直徑跟光纖適合的孔，將光纖從孔中通過(guò)；用膠粘劑將環(huán)氧樹(shù)脂膠塊4粘貼在凸形基底2上端；將基底放置在封裝殼底部；同時(shí)選取適合的兩個(gè)密封膠，一個(gè)密封膠5與環(huán)氧樹(shù)脂膠塊4中光纖對(duì)應(yīng)位置處設(shè)置個(gè)適合光纖通過(guò)的小孔；用密封膠5將基底固定和密封于封裝殼中

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述光電探測(cè)器包括光電二極管和三級(jí)互阻放大器；所述三級(jí)互阻放大器包括兩個(gè)可選擇的增益和一個(gè)可選擇的低、高通濾波器；所述三級(jí)互阻放大器兩端分別連接光電二極管；增益和濾波器用來(lái)優(yōu)化接收信號(hào)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，還包括光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)方法：被測(cè)物產(chǎn)生聲發(fā)射波后，聲發(fā)射波經(jīng)基底傳至與基底粘貼的光纖，然后傳至光纖左端，再傳至光纖光柵，聲發(fā)射波導(dǎo)致光纖光柵發(fā)射譜中心波長(zhǎng)發(fā)生高頻變化，聲發(fā)射波傳至光纖右側(cè)端面發(fā)生反射并再次被光纖光柵檢測(cè)，令光柵反射譜的中心波長(zhǎng)再次呈高頻變化，同頻率的聲波在光纖中正反向傳播并相互疊加導(dǎo)致諧振現(xiàn)象，檢測(cè)該高頻變化疊加波長(zhǎng)信息，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲發(fā)射波的檢測(cè)；通過(guò)光電探測(cè)器檢測(cè)，進(jìn)行窄帶激光解調(diào)，測(cè)得高頻變化的波長(zhǎng)，再經(jīng)過(guò)前置放大器的放大，將波長(zhǎng)信息在數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)上處理和顯示，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)聲發(fā)射波的檢測(cè)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述窄帶激光解調(diào)法為：窄帶激光光源輸出的光譜與光纖布拉格光柵的反射譜用高斯曲線來(lái)表示，當(dāng)窄帶光源波長(zhǎng)調(diào)諧到傳感光柵反射譜的帶寬點(diǎn)附近時(shí)，即波長(zhǎng)變化最靈敏的線性區(qū)域，則光纖布拉格光柵反射譜函數(shù)用一個(gè)線性譜函數(shù)近似，經(jīng)聲發(fā)射波調(diào)制后，輸入光電轉(zhuǎn)換器的光功率為窄帶光源與光柵反射譜的卷積；轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵龅碾娦盘?hào)；由光電探測(cè)器原理可知，光電流的大小與輸入光功率成正比，光電探測(cè)器的輸入光強(qiáng)和輸出電壓也是線性的，光電探測(cè)器的輸出電壓值包含聲發(fā)射信號(hào)各參數(shù)。因此，測(cè)量輸出電壓值，就可以推算出聲發(fā)射波的幅值和角頻率兩個(gè)特征參數(shù)，可獲得原始的聲發(fā)射信號(hào)。

本實(shí)用新型一種光纖光柵聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集顯示系統(tǒng)采用發(fā)射數(shù)據(jù)采集卡；采集卡將采集的信號(hào)模數(shù)轉(zhuǎn)換后存入內(nèi)存實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，通過(guò)可用控制指令將采集的數(shù)據(jù)讀入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，字對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)特征提取和波形處理，進(jìn)而反演出聲發(fā)射信號(hào)的信息。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。