超声激发光纤节点及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种超声激发光纤节点，它包括两条裸光纤段和两球形裸光纤相交段，一条裸光纤段与两球形裸光纤相交段中一侧的球面一体式连接，另一条裸光纤段与两球形裸光纤相交段中另一侧的球面一体式连接，两球形裸光纤相交段中两球形半径相等，两球形裸光纤相交段中两球形公共弦d由两球形裸光纤相交段中的球形半径r和两球形裸光纤相交段中球形半径r与弦心距的差l确定。本发明专利技术能解决压电超声换能器易受电磁干扰、体积较大和难以对非平面结构检测的问题，有效拓宽了光纤超声换能器的检测范围。围。围。

【技术实现步骤摘要】
超声激发光纤节点及其制造方法


[0001]本专利技术涉及超声激发器
，具体地指一种超声激发光纤节点及其制造方法。

技术介绍

[0002]超声换能器作为超声无损检测领域的关键部件，其性能是衡量无损检测能力的重要指标。传统的超声换能器主要为压电超声换能器，压电超声换能器具有灵敏度高、造价低等优点，但是存在易受电磁干扰、体积较大、难以对非平面结构检测等问题。
[0003]光纤超声换能器由于体积小、布设灵活和抗电磁干扰的特点，于近年开始被研究。光纤超声换能器指在光纤上或光纤端面上制备的光声转换设备。现有的光纤超声换能器以端面制备的单点式超声换能器为主，主要应用于医学成像、结构健康检测等领域，但是这类光纤超声换能器难以进行分布式超声激发。分布式超声激发指多点、大范围的超声激发方式，通过分布式超声激发能有效拓宽超声检测系统的检测范围，弥补光纤超声换能器的短板。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是要提供一种超声激发光纤节点及其制造方法，本专利技术的超声激发光纤节点，能解决压电超声换能器易受电磁干扰、体积较大和难以对非平面结构检测的问题，有效拓宽了光纤超声换能器的检测范围。
[0005]为实现此目的，本专利技术所设计的超声激发光纤节点，其特征在于：它包括两条裸光纤段和两球形裸光纤相交段，一条裸光纤段与两球形裸光纤相交段中一侧的球面一体式连接，另一条裸光纤段与两球形裸光纤相交段中另一侧的球面一体式连接，两球形裸光纤相交段中两球形半径相等，两球形裸光纤相交段中两球形公共弦d由两球形裸光纤相交段中的球形半径r和两球形裸光纤相交段中球形半径r与弦心距的差l确定。
[0006]一种超声激发光纤节点的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：
[0007]步骤1：将两段裸光纤的端面切割平整，所述裸光纤的纤芯直径为200～1000um；
[0008]步骤2：将两段裸光纤的端面研磨并抛光；
[0009]步骤3：将研磨并抛光后的两段裸光纤进行清洗；
[0010]步骤4：使用电弧对清洗后的裸光纤端面放电，使两段裸光纤端面熔融9～10s，冷却后两段裸光纤端面形成球形端面，球形端面中球形的半径为裸光纤纤芯半径的1～1.5倍；
[0011]步骤5：将两段裸光纤相对的两个球形端面对齐，两个球形端面贴合，并且，两段裸光纤位于同一条直线上，使用电弧对两段裸光纤相对的两个球形端面放电，使两段裸光纤相对的两个球形端面进入预熔接状态，持续4～6s，然后，使用电弧继续对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接，持续1～3s，并在对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接的同时，将两段裸光纤同时向熔接方向推进相同距离，每段裸光纤的推进距离均等于两球形
裸光纤相交段中球形半径r与弦心距的差l，冷却后得到第一个超声激发光纤节点。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术提供的超声激发光纤节点，较压电超声换能器，解决了其易受电磁干扰、体积较大和无法对非平面结构检测等问题，光纤具有较好的可弯曲特性，可以对非平面结构进行检测；
[0014]本专利技术使用了大芯径光纤(纤芯半径范围均为100～500um)作为激发光纤，其横截面积更大，单位面积承载的能量更小，所以具有损伤阈值较高的特点，较现有的光纤超声换能器，可以激发更强烈的超声信号；
[0015]本专利技术较现有的光纤超声换能器，实现了多点分布式激发与均衡激发(通过改变r、l和d，控制超声激发的强度)，使其激发的超声信号有高的一致性和更大的超声覆盖范围。
附图说明
[0016]图1为本专利技术的超声激发光纤节点的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术中两球形裸光纤相交段的几何关系图；
[0018]图3为本专利技术的超声激发光纤节点的加工过程示意图；
[0019]图4为本专利技术的超声激发光纤节点的安装状态示意图；
[0020]图5为多超声激发光纤节点的结构示意图；
[0021]图6为本专利技术的超声激发光纤节点所激发出的超声信号图。
[0022]其中，1.1—裸光纤段、1.2—两球形裸光纤相交段。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明：
[0024]如图1和2所示一种超声激发光纤节点，它包括两条裸光纤段1.1和两球形裸光纤相交段1.2，一条裸光纤段1.1与两球形裸光纤相交段1.2中一侧的球面一体式连接，另一条裸光纤段1.1与两球形裸光纤相交段1.2中另一侧的球面一体式连接，两球形裸光纤相交段1.2中两球形半径相等，两球形裸光纤相交段1.2中两球形公共弦d由两球形裸光纤相交段1.2中的球形半径r和两球形裸光纤相交段1.2中球形半径r与弦心距的差l确定。上述设计方式可以使光纤的纤芯半径由大到小再到大变化，当纤芯直径由大到小变化时，一部分光会泄露到包层或耦合剂中，并发生热弹效应产生超声，另一部分光继续传播；当纤芯直径由小到大变化时，保证传播过来的光不会泄露，以传播到下一个节点被利用。
[0025]所述两球形裸光纤相交段1.2中两球形公共弦d满足如下公式：
[0026][0027]其中，r为两球形裸光纤相交段1.2中的球形半径，l为两球形裸光纤相交段1.2中球形半径r与弦心距的差，实施例中r的取值为600um，l的取值为30um。实际制备过程中可以通过改变l和r，获得不同的d，进而获得不同的超声强度。
[0028]上述技术方案中，两球形裸光纤相交段1.2中球形的半径r为裸光纤段1.1纤芯半径的1～1.5倍。
[0029]上述技术方案中，每条裸光纤段1.1的纤芯半径范围均为100～500um。上述设计可
以承载更高的能量，提高损伤阈值，保证节点工作过程中不会损坏。
[0030]一种超声激发光纤节点的制造方法，如图3所示，它包括如下步骤：
[0031]步骤1：将两段裸光纤的端面切割平整，所述裸光纤的纤芯直径为200～1000um；
[0032]步骤2：将两段裸光纤的端面研磨并抛光；
[0033]步骤3：将研磨并抛光后的两段裸光纤进行清洗；
[0034]步骤4：使用400～1000瓦的电弧对清洗后的裸光纤端面放电，使两段裸光纤端面熔融9～10s，冷却后两段裸光纤端面形成球形端面，球形端面中球形的半径为裸光纤纤芯半径的1～1.5倍；
[0035]步骤5：将两段裸光纤相对的两个球形端面对齐，两个球形端面贴合，并且，两段裸光纤位于同一条直线上，使用400～1000瓦的电弧对两段裸光纤相对的两个球形端面放电，使两段裸光纤相对的两个球形端面进入预熔接状态，持续4～6s，然后，使用400～1000瓦的电弧继续对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接，持续1～3s，并在对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接的同时，使用电机将两段裸光纤同时向熔接方向推进相同距离，每段裸光纤的推进距离均等于两球形裸光纤相交段1.2中球形半径r与弦心距的差l(两段裸光纤的总推进距离等于2l)，冷却后得到第一个超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声激发光纤节点，其特征在于：它包括两条裸光纤段(1.1)和两球形裸光纤相交段(1.2)，一条裸光纤段(1.1)与两球形裸光纤相交段(1.2)中一侧的球面一体式连接，另一条裸光纤段(1.1)与两球形裸光纤相交段(1.2)中另一侧的球面一体式连接，两球形裸光纤相交段(1.2)中两球形半径相等，两球形裸光纤相交段(1.2)中两球形公共弦d由两球形裸光纤相交段(1.2)中的球形半径r和两球形裸光纤相交段(1.2)中球形半径r与弦心距的差l确定。2.根据权利要求1所述的超声激发光纤节点，其特征在于：所述两球形裸光纤相交段(1.2)中两球形公共弦d满足如下公式：其中，r为两球形裸光纤相交段(1.2)中的球形半径，l为两球形裸光纤相交段(1.2)中球形半径r与弦心距的差。3.根据权利要求1所述的超声激发光纤节点，其特征在于：两球形裸光纤相交段(1.2)中球形的半径r为裸光纤段(1.1)纤芯半径的1～1.5倍。4.根据权利要求1所述的超声激发光纤节点，其特征在于：每条裸光纤段(1.1)的纤芯半径范围均为100～500um。5.一种超声激发光纤节点的制造方法，其特征在于，它包括如下步骤：步骤1：将两段裸光纤的端面切割平整，所述裸光纤的纤芯直径为200～1000um；步骤2：将两段裸光纤的端面研磨并抛光；步骤3：将研磨并抛光后的两段裸光纤进行清洗；步骤4：使用电弧对清洗后的裸光纤端面放电，使两段裸光纤端面熔融9～10s，冷却后两段裸光纤端面形成球形端面，球形端面中球形的半径为裸光纤纤芯半径的1～1.5倍；步骤5：将两段裸光纤相对的两个球形端面对齐，两个球形端面贴合，并且，两段裸光纤位于同一条直线上，使用电弧对两段裸光纤相对的两个球形端面放电，使两段裸光纤相对的两个球形端面进入预熔接状态，持续4～6s，然后，使用电弧继续对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接，持续1～3s，并在对两段裸光纤相对的两个球形端面放电熔接的同时，将两段裸光纤同时向熔接方向推进相同距离，每段裸光纤的推进距离均等于两球形裸光纤相交段(1.2)中球形半径r与弦心距的差l，冷却后得到第一个超声激发光纤节点。6.根据权利要求5所述的超声激发光纤节点...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政颖，吴玉梁，傅雪蕾，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：