一种声发射传感器及声发射信号探测方法技术

本发明专利技术公开一种声发射传感器，该传感器包含：双包层光纤、分别光路连接在双包层光纤两端的单模输入光纤和单模输出光纤；双包层光纤外包覆有对声发射振动敏感的硅橡胶涂层，外界声发射振动使硅橡胶涂层发生形变，对双包层光纤的包层模引入动态相位变化，通过谐振滤波特性的探测，进行声发射参量的传感。本发明专利技术是一种全光纤结构，将双包层光纤和单模光纤可以直接利用常规的熔接设备进行熔接，具有结构紧凑、制造方法简单，使用方便的优点。

Acoustic emission sensor and acoustic emission signal detecting method

The invention discloses an acoustic emission sensor, the sensor includes: double clad fiber, optical connection in double clad fiber ends of the single-mode fiber and single mode output of fiber; double clad fiber coated with silicone rubber coating on the acoustic vibration sensitive acoustic emission, external vibration make silicone rubber coating deformation the introduction of dynamic, phase change of cladding mode of double clad fiber, by detecting the resonant filter characteristics, sensing acoustic emission parameters. The invention is an all fiber structure, and double clad fiber and single-mode optical fiber can be directly welded by conventional welding equipment. The utility model has the advantages of compact structure, simple manufacturing method and convenient operation.

【技术实现步骤摘要】
一种声发射传感器及声发射信号探测方法
本专利技术涉及光纤传感
，具体涉及一种单模光纤-双包层光纤-单模光纤声发射传感器及声发射信号探测方法。
技术介绍
光纤声发射传感器是一类重要的传感器，在局放声发射、水声探测、地震波检测等方面都已经得到应用。现有的光纤声发射传感器包括光纤干涉仪、光纤光栅、熔锥光纤耦合器、光纤珐珀腔等，其中，传统的光纤干涉仪传感器通常具有较大的尺寸，不适合在特定小尺寸环境应用；光纤光栅、熔锥光纤耦合器、光纤珐珀腔等都适合小尺寸环境应用，但是制备光纤光栅需要复杂的写入技术，同时需要特殊的封装技术以提升声发射传感灵敏度；熔锥光纤耦合器锥区尺寸微小，容易受到环境污染而导致传感性能变化；光纤珐珀腔利用振动薄膜，同样固定于固体待测目标容易引起传感性能改变。
技术实现思路
本专利技术提供一种声发射传感器及声发射信号探测方法，制造工艺简单、单根光纤集成、操作使用方便、温度稳定性高。为实现上述目的，本专利技术公开了一种声发射传感器，其特点是，该传感器包含：双包层光纤、分别光路连接在双包层光纤两端的单模输入光纤和单模输出光纤；上述双包层光纤外包覆有对声发射振动敏感的硅橡胶涂层，外界声发射振动使硅橡胶涂层发生形变，对双包层光纤的包层模引入动态相位变化，通过谐振滤波特性的探测，进行声发射参量的传感。上述双包层光纤两端分别与单模输入光纤和单模输出光纤熔接，构成具有包层模谐振耦合特性的滤波器。上述硅橡胶涂层的折射率低于双包层光纤的石英包层折射率，感知声发射振动引起光纤相位变化。上述双包层光纤包含纤芯、包覆在纤芯外的内包层，内包层外包覆有外包层；双包层光纤的纤芯模和包层模通过渐逝波相互作用，在纤芯模和包层模满足相位匹配的情况下，在纤芯中传输的光能量转移到外包层中传输，实现包层模谐振。上述双包层光纤的内包层采用掺氟氧化硅制备。上述双包层光纤的纤芯和外包层的折射率高于内包层的折射率。上述双包层光纤中，纤芯直径为9微米；内包层的外径为27微米；外包层的外径为125微米；纤芯和外包层的折射率为1.456；内包层的折射率为1.454。上述硅橡胶涂层的折射率为1.42；厚度范围为0.1mm至3mm。一种上述的声发射传感器的声发射信号探测方法，其特点是，该方法包含：声发射传感器的硅橡胶涂层接收外界的声发射信号发生形变，引起双包层光纤伸缩，包层模相位变化引起谐振滤波光谱移动；通过声发射传感器的光源的光强发生改变，根据光强改变判定获取外界声发射信号。上述声发射传感器的单模输入光纤接收外接光源，传输至双包层光纤，光源经过双包层光纤后由单模输出光纤输出至光电探测器。本专利技术一种声发射传感器及声发射信号探测方法和现有技术相比，其优点在于，本专利技术公开的声发射传感器是一种全光纤结构，将双包层光纤和单模光纤可以直接利用常规的熔接设备进行熔接，因此，具有结构紧凑、制造方法简单，使用方便等优点；本专利技术双包层光纤内包层可以采用掺氟氧化硅制备，具有良好的温度稳定性，因此在避免温度交叉干扰方面具有优势。附图说明图1为本专利技术一种声发射传感器的结构示意图；图2为本专利技术一种声发射传感器的声发射探测方法的方法流程图。具体实施方式以下结合附图，进一步说明本专利技术的具体实施例。如图1所示，本专利技术公开了一种单模光纤-双包层光纤-单模光纤声发射传感器，该声发射传感器包含：单模输入光纤1、双包层光纤2、单模输出光纤3和硅橡胶涂层4。双包层光纤2包含纤芯5、包覆在纤芯5外的内包层6，以及包覆在内包层6外的外包层7。其中，双包层光纤2的内包层6采用掺氟氧化硅制备，具有良好的温度稳定性，因此在避免温度交叉干扰方面具有优势。并且双包层光纤2的纤芯5和外包层7的折射率高于内包层6的折射率。其中，纤芯5直径为9微米，内包层6的外径为27微米，外包层7的外径为125微米，纤芯5和外包层7的折射率为1.456，内包层6的折射率为1.454。根据耦合模理论，光在两个靠近的光波导中传输，当所传输的模式满足相位匹配条件时，光波可以通过渐逝波模式耦合实现在两个波导之间交换能量。本专利技术公开的双包层光纤2的纤芯模和包层模通过渐逝波相互作用，在纤芯模和包层模满足相位匹配的情况下，在纤芯中传输的光能量转移到外包层中传输，实现包层模谐振。由于模式色散特性的相位匹配条件同波长有关系，即谐振波长，在此波长处纤芯模传输光谱表现为阻带滤波特性。单模输入光纤1和单模输出光纤3通过光纤熔接机熔接在双包层光纤2两端，并与双包层光纤2光路连通，构成具有包层模谐振耦合特性的滤波器。这里，熔接可以采用标准单模光纤熔接模式即可。双包层光纤2外包覆有对声发射振动敏感的硅橡胶涂层4，硅橡胶涂层4所采用的硅橡胶的折射率典型值为1.42，硅橡胶涂层4要全部覆盖双包层光纤2，对两端单模输入光纤1和单模输出光纤3的覆盖距离没有特别要求，可覆盖至单模输入光纤1和单模输出光纤3上，硅橡胶涂层4的涂敷厚度为0.1~3mm。本实施例中，硅橡胶涂层4可以采用提拉法进行涂敷，完成涂覆之后放在空气中自然固化即完成硅橡胶涂层4的制备。该双包层光纤2外包覆硅橡胶涂层4的结构具有阻带滤波光谱特性，采用窄带光谱激光器作为光源，输出光强将受到外界声发射振动信号的调制，即通过输出光强的变化可实现声发射信号的探测。所以，当外界声发射振动作用于该结构，外界声发射振动使硅橡胶涂层4发生形变，由于硅橡胶涂层4的折射率低于双包层光纤2的石英包层折射率，对双包层光纤2的包层模引入动态相位变化，感知声发射振动引起光纤相位变化通过谐振滤波特性的探测，进行声发射参量的传感。如图2所示，为本专利技术声发射传感器的声发射信号探测方法，其具体包含以下步骤：S1、外界声发射信号。S2、外界的声发射信号传播至声发射传感器，引起声发射传感器的硅橡胶涂层4的硅橡胶发生形变。S3、硅橡胶涂层4的硅橡胶形变引起双包层光纤2伸缩。S4、双包层光纤2伸缩引起双包层光纤2的包层模相位变化。S5、双包层光纤2的包层模相位变化，引起谐振滤波光谱移动。S6、声发射传感器的单模输入光纤1实时接收光源，光波经过双包层光纤2，由单模输出光纤3输出，光源通过声发射传感器后由光电探测器接收探测。谐振滤波光谱移动引起经过双包层光纤2输出的光波的光强发生改变。S7、光电探测器探测光强变化，即可获取外界声发射信号。尽管本专利技术的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本专利技术的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本专利技术的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本专利技术的保护范围应由所附的权利要求来限定。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声发射传感器，其特征在于，该传感器包含：双包层光纤、分别光路连接在双包层光纤两端的单模输入光纤和单模输出光纤；所述双包层光纤外包覆有对声发射振动敏感的硅橡胶涂层，外界声发射振动使硅橡胶涂层发生形变，对双包层光纤的包层模引入动态相位变化，通过谐振滤波特性的探测，进行声发射参量的传感。

【技术特征摘要】
1.一种声发射传感器，其特征在于，该传感器包含：双包层光纤、分别光路连接在双包层光纤两端的单模输入光纤和单模输出光纤；所述双包层光纤外包覆有对声发射振动敏感的硅橡胶涂层，外界声发射振动使硅橡胶涂层发生形变，对双包层光纤的包层模引入动态相位变化，通过谐振滤波特性的探测，进行声发射参量的传感。2.如权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，所述双包层光纤两端分别与单模输入光纤和单模输出光纤熔接，构成具有包层模谐振耦合特性的滤波器。3.如权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，所述硅橡胶涂层的折射率低于双包层光纤的石英包层折射率，感知声发射振动引起光纤相位变化。4.如权利要求1所述的声发射传感器，其特征在于，所述双包层光纤包含纤芯、包覆在纤芯外的内包层，内包层外包覆有外包层；双包层光纤的纤芯模和包层模通过渐逝波相互作用，在纤芯模和包层模满足相位匹配的情况下，在纤芯中传输的光能量转移到外包层中传输，实现包层模谐振。5.如权利要求4所述的声发射传感器，其特征在于，所述双包层光纤的内包层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵宇鹰，钱天宇，庞拂飞，王廷云，程佳静，俞国勤，高小庆，陈立荣，王道生，俞玮，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海大学，上海申电教育培训有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31