一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，包括宽频光源；宽频光源与第一环形器的A口相连；第一环形器的B口与参考FBG传感器相连；参考FBG传感器粘贴在压电陶瓷PZT上；第一环形器的C口与第二环形器的A口相连接；第二环形器的C口与光电探测器相连；第二环形器的B口与检测用FBG传感器相连；检测用FBG传感器固定在被测对象上；光电探测器与数据采集模块相连；数据采集模块与信号处理驱动模块相连；信号处理驱动模块与信号产生模块相连接；信号产生模块的信号输出端与压电陶瓷PZT相电性连接。本发明专利技术设计科学，能够可靠地对频带宽的弹性波(即宽频弹性波)进行测量，具有超宽频弹性波的检测能力。宽频弹性波的检测能力。宽频弹性波的检测能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统


[0001]本专利技术涉及弹性波检测
，特别是涉及一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统。

技术介绍

[0002]无损检测的运用是工业发展必不可少的有效工具。目前，弹性波由于能够直接反映材料的力学特性，在无损检测领域，得到了非常广泛的应用。弹性波的频率范围很宽，从低于20Hz的次声频、20Hz～20KHz的声频，到频率高于20KHz的超声波。
[0003]光纤光栅传感器，尤其是广泛使用的fiber Bragg grating(FBG，光纤布拉格光栅)传感器，凭借其具有的显著的抗电磁干扰性能、可嵌入结构内部的微小体积、可组网测量以及耐腐蚀等特点，在航空航天、锅容管特、地震检波等领域，具有巨大的应用前景。
[0004]光纤光栅传感解调，可以分为波长解调和强度解调两大类，前者适用于静态应变、低频动态应变和温度测量，后者适用于中高频应变(弹性波)的测量。
[0005]其中，在现有的强度解调方法中，应用最广泛的是边缘滤波法，该方法利用可调谐激光器或可调谐F
‑<br/>P滤波器，将本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，包括宽频光源(101)；宽频光源(101)，通过光纤与第一环形器(102)的输入口A相连接；其中，第一环形器(102)的输出反射输入口B，通过光纤与参考FBG传感器(105)的一端相连接；参考FBG传感器(105)的底面，粘贴在压电陶瓷PZT(106)上；第一环形器(102)的输出口C，通过光纤与第二环形器(103)的输入口A相连接；第二环形器(103)的输出口C，通过光纤与光电探测器(107)的检测端相连接；第二环形器(103)的输出反射输入口B，通过光纤与检测用FBG传感器(104)的一端相连接；其中，检测用FBG传感器(104)，作为弹性波传感器，其直接粘贴在被测对象表面，或者通过增敏结构(203)固定在被测对象(201)上；光电探测器(107)的检测输出端，通过电线，与数据采集模块(108)的数据采集端相连接；数据采集模块(108)的数据输出端，通过电线，与信号处理驱动模块(110)的数据输入端相连接；信号处理驱动模块(110)的信号输出端，通过导线，与信号产生模块(109)相连接；信号产生模块(109)的信号输出端，通过电线，与压电陶瓷PZT(106)相电性连接；其中，宽频光源(101)，用于提供宽带光给第一环形器(102)；第一环形器(102)，用于将宽频光源(101)提供的宽带光，传给参考FBG传感器(105)，并将参考FBG传感器(105)的反射光传给第二环形器(103)；其中，参考FBG传感器(105)的反射光为窄带光；第二环形器(103)，用于将第一环形器(102)传来的所述参考FBG传感器(105)的反射光，再传给检测用FBG传感器(104)，并将检测用FBG传感器(104)的反射光传给光电探测器(107)；检测用FBG传感器(104)粘贴在被测对象(201)上；被测对象(201)，用于将其表面的应变传递给检测用FBG传感器(104)；检测用FBG传感器(104)，用于接收第二环形器(103)传递过来的所述参考FBG传感器(105)的窄带光，并将该窄带光的光谱与其自身形成的窄带光的光谱相重叠，然后将这两个窄带光的光谱重叠部分的光，输出给第二环形器(103)；参考FBG传感器(105)，用于接收第一环形器(102)传递过来的所述宽频光源(101)提供的宽带光，并在形成窄带光后输出给第一环形器(102)；参考FBG传感器(105)粘贴在压电陶瓷PZT(106)上；参考FBG传感器(105)的长度随着压电陶瓷PZT(106)的伸长和缩短而伸缩；光电探测器(107)，用于接收第二环形器(103)输出的光信号，该光信号是两个窄带光谱重叠的部分的光，并将光信号转换为电压信号，然后输出给数据采集模块(108)；数据采集模块(108)，用于采集光电探测器(107)输出的电压信号，该电压信号即是光电探测信号，该光电探测信号即为检测获得的宽频弹性波检测信号，并将采集的电压信号传递给信号处理驱动模块(110)；信号处理驱动模块(110)，用于接收数据采集模块(108)发来的电压信号，然后输出电
压信号给信号产生模块(109)；信号产生模块(109)，用于接收信号处理驱动模块(110)输出的电压信号，然后作为驱动电压输出给压电陶瓷PZT(106)，驱动所述压电陶瓷PZT(106)伸长和缩短。2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，信号产生模块(109)，用于接收信号处理驱动模块(110)输出的电压信号，该信号为直流电压DC信号和交流AC电压信号的叠加信号；信号产生模块(109)，还用于搜索获取起检测用FBG传感器(104)以及参考FBG传感器(105)这两个FBG的光谱偏差并调节该偏差，并锁定系统最佳工作点，使得弹性波探测的灵敏度高；对于信号产生模块(109)，搜索和调节两个FBG的光谱偏差、并锁定系统最佳工作点、保持弹性波测量的高灵敏度的具体控制过程如下：首先，固定信号处理驱动模块(110)输出的AC信号的幅值和频率，然后逐渐改变信号处理驱动模块(110)输出的DC信号的幅值、改变参考FBG的中心波长，利用预设小幅值的AC信号引起压电陶瓷PZT(106)振动、模拟弹性波的到来；然后，继续保持AC信号不变，改变DC信号的幅值，采集光电探测器(107)输出的电压信号，并通过进行快速傅里叶变换，获得该电压信号的幅值；然后，取光电探测器(107)输出的电压信号中的最大直流DC电压值，作为施加在压电陶瓷PZT(106)上的最佳驱动电压，然后向压电陶瓷PZT(106)输出；其中，系统最佳工作点，即是施加在压电陶瓷PZT(106)上的最佳驱动电压。3.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，信号处理驱动模块(110)，还用于对光电探测器(107)的光电探测信号进行快速傅里叶变换处理，获得弹性波具有的不同传播时间对应的振幅，然后以弹性波的传播时间为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，绘制获得弹性波的振幅随传播时间变化的时域曲线，然后对该时域曲线进行快速傅里叶变换，获得弹性波的振幅随传播频率变化的幅频特性曲线，该幅频特性曲线以弹性波的频率为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，最终将该幅频特性曲线作为被测对象上产生的弹性波的波形曲线。...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新敬，李健，曾周末，封皓，芮小博，张宇，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：