一种透射式光纤声发射系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种透射式光纤声发射系统，包括光纤声发射传感器、波长测量模块、环形器、耦合器、减法器、可调谐窄带光源、光电探测器、前置放大器、声发射采集卡和计算机；光纤发射传感器通过光纤与所述耦合器和减法器相连，环形器与可调谐窄带光源、耦合器和减法器相连，减法器与光电探测器相连，耦合器的同侧两个端口与波长测量模块和环形器通过光纤相连、另一侧与光纤声发射传感器通过光纤相连，波长测量模块和可调谐窄带光源分别与计算机连接，前置放大器在光电探测器与声发射采集卡之间通过电信号线连接，声发射采集卡与计算机连接。该系统具有微秒级响应速度，可以准确监测狭小空间内的固体结构损伤破坏失效过程。

A transmission optical fiber acoustic emission system

【技术实现步骤摘要】
一种透射式光纤声发射系统
本技术涉及材料性能测试
，具体涉及一种适用于狭小空间温度冲击试验的透射式光纤声发射系统。
技术介绍
采用声发射系统可以获得固体结构变温条件下的损伤、破坏或失效信息，现有的声发射系统采用压电材料作为传感器，探头体积大，不能安装在狭缝空间。光纤传感器因体积纤细、柔韧，能够安装在狭缝空间，已有相关文献建立了光纤声发射系统，但是绝大部分系统因传感原理受温度限制而不能应用于变温试验中。
技术实现思路
为了克服上述技术缺陷，本技术提供了一种透射式光纤声发射系统，该系统具有微秒级响应速度，可以准确监测狭小空间内的固体结构损伤破坏失效过程。为了达到上述技术效果，本技术提供了如下技术方案：一种透射式光纤声发射系统，包括光纤声发射传感器、波长测量模块、环形器、耦合器、减法器、可调谐窄带光源、光电探测器、前置放大器、声发射采集卡和计算机；所述光纤发射传感器为光纤布拉格光栅，通过光纤与所述耦合器和减法器相连，所述环形器与可调谐窄带光源、耦合器和减法器按顺序通过光纤相连，所述减法器与光电探测器相连，所述耦合器的同侧两个端口与波长测量模块和环形器通过光纤相连、另一侧与光纤声发射传感器通过光纤相连，所述波长测量模块和可调谐窄带光源分别与计算机通过电信号线连接，所述前置放大器在光电探测器与声发射采集卡之间通过电信号线连接，所述声发射采集卡与计算机通过电信号线连接。进一步的技术方案为，所述光纤声发射传感器是无涂覆层、长度在9～11mm范围内的光纤布拉格光栅。进一步的技术方案为，所述光纤布拉格光栅的线性区＞80pm反射率≥80％。进一步的技术方案为，所述波长测量模块内置宽谱光源，波长范围为1520～1570nm，功率小于1mW。进一步的技术方案为，所述可调谐窄带光源的波长可以连续调谐，调谐范围为1520nm～1570nm，精度≤50pm，宽度≤10pm，功率≥5mW的光源。该装置中的波长测量模块用于实时测量光纤声发射传感器的中心波长λB，内置宽谱光源，波长范围为1520～1570nm，功率小于1mW，利用光纤布拉格光栅作为光纤声发射传感器，其反射光谱是一个圆弧形波峰，λB为中心波长，波峰值的一半对应的光谱宽度为2λb，计算机通过波长测量模块获得时间t1时的λB(t1)，本系统中该光源通过环形器和耦合器入射到光纤声发射传感器，光纤声发射传感器反射光通过耦合器分为两束，一束光入射到波长测量模块，追踪光纤声发射传感器的波长。波长值λL(t2)通过计算机获得的λB(t1)进行赋值，使λL(t2)＝λB(t1)+λb，或λL(t2)＝λB(t1)-λb，t2-t1>50μs且越接近50μs越好，表明光源波长与光纤声发射传感器波长响应一致，且能区分20kHz(1/50μs)以上的声发射信号，本申请中的环形器具有三个端口，分别为①端口、②端口、③端口，这三个端口实现光的单向传输功能，即①端口→②端口→③端口，其中，①端口到②端口光损耗越小越好，①端口到③端口光强为0；②端口到①端口光强越小越好，②端口到③端口光损耗越小越好；③端口到②端口光强越小越好，③端口到①端口光强为0。由耦合器分出的另一束光通过环形器入射到减法器，与光纤声发射传感器的透射光强做差，得到更强的信号。本申请中的光电探测器灵敏度越高越好，将声发射光强信号转换成模拟电压信号。本系统中光电探测器通过环形器接收光纤声发射传感器反射的总光强I，总光强I包含波长测量模块内置宽带光源光强IW和可调谐窄带光源光强IN两部分，因后者远大于前者，所以可以认为总光强I接近于IN，其中宽带光源光强IW很小，不显示。本申请中前置放大器用于接收模拟电压信号，并将其放大，声发射采集卡用于采集前置放大器放大的声发射信号，输入到电脑。本技术与现有技术相比，具有如下有益效果：本技术提供一种将光纤布拉格光栅作为声发射传感器，利用可调谐窄带激光器和光电探测器作为光电转换装置、利用波长测量模块与耦合器实时跟踪光纤布拉格光栅的中心波长，利用减法器获得光纤声发射传感器的反射光强和透射光强之差，具有提高声发射信号强度的功能，结合声发射采集卡和前置放大器建立了一种监测固体结构变温损伤破坏过程的光纤声发射系统。该系统具有微秒级响应速度，可以准确监测狭小空间内的固体结构损伤破坏失效过程。附图说明图1为本技术的透射式光纤声发射系统整体结构示意图；图2为本技术的透射式光纤声发射传感器反射光谱示意图；图3为本系统中到达光减法器的光谱示意图。具体实施方式实施例1一种如图1所示的一种透射式光纤声发射系统，包括光纤声发射传感器、波长测量模块、环形器、耦合器、减法器、可调谐窄带光源、光电探测器、前置放大器、声发射采集卡和计算机；所述光纤发射传感器为光纤布拉格光栅，通过光纤与所述耦合器和减法器相连，所述环形器与可调谐窄带光源、耦合器和减法器按顺序通过光纤相连，所述减法器与光电探测器相连，所述耦合器的同侧两个端口与波长测量模块和环形器通过光纤相连、另一侧与光纤声发射传感器通过光纤相连，所述波长测量模块和可调谐窄带光源分别与计算机通过电信号线连接，所述前置放大器在光电探测器与声发射采集卡之间通过电信号线连接，所述声发射采集卡与计算机通过电信号线连接。其中环形器具有三个端口，①端口到②端口光损耗越小越好，①端口到③端口光强为0；②端口到①端口光强越小越好，②端口到③端口光损耗越小越好；③端口到②端口光强越小越好，③端口到①端口光强为0。所述耦合器设置在所述光纤环形器与所述光纤布拉格光栅之间，耦合器的光损耗越小越好，即①端口与②端口光强的和与③端口光强的差越小越好。所述减法器具有两个光接收端口，一个端口与环形器连接，另一个端口与光纤声发射传感器连接，减法器将光纤声发射传感器的反射光强和透射光强做差，获得由声发射激发的增强信号。本系统中光电探测器通过环形器接收光纤声发射传感器反射的总光强I，总光强I包含波长测量模块内置宽带光源光强IW和可调谐窄带光源光强IN两部分，因后者远大于前者，所以可以认为总光强I接近于IN，其中宽带光源光强IW很小，不显示。所述信号采集处理器由前置放大器和声发射采集卡组成，所述光电探测器通过信号线首先与前置放大器连接，然后前置放大器通过信号线与声发射采集卡连接，所述声发射采集卡与计算机连接。所述光纤声发射传感器是无涂覆层、长度在9～11mm范围内的光纤布拉格光栅。所述光纤布拉格光栅的线性区＞80pm反射率≥80％。所述波长测量模块内置宽谱光源，波长范围为1520～1570nm，功率小于1mW。所述可调谐窄带光源的波长可以连续调谐，调谐范围为1520nm～1570nm，精度≤50pm，宽度≤10pm，功率≥5mW的光源。本系统中该光源通过环形器入射到光纤声发射传感器，波长值λL(t2)通过计算机获得的λB(t1)进行赋值，使λL(t2)＝λB(t1)+λb，或λL(t2)＝λB(t1)-λb，t2-t1>50μs且越接近50μs越好，表明光源本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种透射式光纤声发射系统，其特征在于，包括光纤声发射传感器、波长测量模块、环形器、耦合器、减法器、可调谐窄带光源、光电探测器、前置放大器、声发射采集卡和计算机；所述光纤声发射传感器为光纤布拉格光栅，通过光纤与所述耦合器和减法器相连，所述环形器与可调谐窄带光源、耦合器和减法器按顺序通过光纤相连，所述减法器与光电探测器相连，所述耦合器的同侧两个端口与波长测量模块和环形器通过光纤相连、另一侧与光纤声发射传感器通过光纤相连，所述波长测量模块和可调谐窄带光源分别与计算机通过电信号线连接，所述前置放大器在光电探测器与声发射采集卡之间通过电信号线连接，所述声发射采集卡与计算机通过电信号线连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种透射式光纤声发射系统，其特征在于，包括光纤声发射传感器、波长测量模块、环形器、耦合器、减法器、可调谐窄带光源、光电探测器、前置放大器、声发射采集卡和计算机；所述光纤声发射传感器为光纤布拉格光栅，通过光纤与所述耦合器和减法器相连，所述环形器与可调谐窄带光源、耦合器和减法器按顺序通过光纤相连，所述减法器与光电探测器相连，所述耦合器的同侧两个端口与波长测量模块和环形器通过光纤相连、另一侧与光纤声发射传感器通过光纤相连，所述波长测量模块和可调谐窄带光源分别与计算机通过电信号线连接，所述前置放大器在光电探测器与声发射采集卡之间通过电信号线连接，所述声发射采集卡与计算机通过电信号线连接。


2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：付涛，田昕，周红萍，邱芷薇，温茂萍，梁晓辉，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院化工材料研究所，
类型：新型
国别省市：四川;51