一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其包括激励源、待测样品、多通道光纤干涉仪、光电探测模块和信号识别处理模块，所述激励源在待测样品中激发超声波，利用多通道光纤干涉仪探测沿特定方向传输的超声波信号，再经由光电探测模块将光信号转换成电信号，最终利用信号识别处理模块进行处理实现高分辨率特征检测。本发明专利技术具有高时空分辨率的弹性导波检测系统测量精度高、误差小、易搭建、适用范围广泛，可应用于水下声源定位和无损检测等领域，具有重要的应用价值和前景。具有重要的应用价值和前景。具有重要的应用价值和前景。

【技术实现步骤摘要】
一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统


[0001]本专利技术属于激光超声无损检测
，具体涉及一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统。

技术介绍

[0002]面对广袤无垠的海洋，及时传递高效的信息是具有重要价值的。由于海洋水汽蒸发湿度较大等因素，光通信与无线通信受到非常严重的干扰，而声波在海底中传播速度较快，衰减较小，因此海底信息的获取基本依靠声波来进行探测。而在固体声波中，弹性波具有传播速度快，能量损耗低，信息容量大等重要优势，能够对信息起到很好的调制作用。随着待测金属板材厚度的逐渐增加，其模式数目也随之增加，每个模式都有其对应的位移，群速度，相速度，和应力分布，而通过声速的波动变化我们可以进而推断出边界上的应力，质量等变化，因此该专利技术对于声表面波在固体及水下固体中传播的模式研究具有重要科研价值。
[0003]激光超声技术的飞速发展与检测技术的飞速提升息息相关，光纤传感器便是新型的传感器件之一，它具有可调节、高精度、体积小、适用范围广等特点，其损耗较低，可应用于远距离复杂地形探测。2007年，梁艺军团队设计了一种基于光纤菲索干涉仪的传感器，可用于检测由声表面波振动产生而的位移；2010年，倪辰萌等人进行了全光学激发的铝板表面裂痕检测实验，并研究分析了声表面波传输特性；2017年，Zhong Yunjie在“Journal of Nondestructive Evaluation”上发表了“Simulation of Laser Ultrasonics for Detection of Surface
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Connected Rail Defects”，利用激光超声检测系统对带有裂痕的铁轨进行无损检测实验。
[0004]以上研究均为使用单一光路进行测量，无法确保高时空分辨率的弹性导波模式检测的高精度的测量实现及实时检测记录信号信息的需要。基于现实实践的发展需要，急需开发一种高精度的高时空分辨率的弹性导波模式检测系统。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的存在的技术问题，本专利技术提供了一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，本专利技术解决了高时空分辨率的弹性导波模式检测问题，实现多通道同时测量空气中或水下超声波于固体中的传输过程。
[0006]基于本专利技术的技术方案，本专利技术提供一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其包括激励源、待测样品、多通道光纤干涉仪、光电探测模块和信号识别处理模块，激励源在待测样品中激发超声波，利用多通道光纤干涉仪探测沿特定方向传输的超声波信号，再经由光电探测模块将光信号转换成电信号，最终利用信号识别处理模块进行处理实现高分辨率特征检测。
[0007]进一步地，激励源的激励方式为非接触式激励，非接触式激励采用超声激发或脉冲激光源激发弹性导波信号。
[0008]更进一步地，多通道光纤干涉仪为多通道光纤菲索干涉仪，对待测样品表面不同位置的弹性导波信号进行同时测量。
[0009]所述具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统通过选择多通道光纤干涉仪的多通道光纤探头的排布方式，来实现不同空间位置弹性波模场分布的同时探测，多通道光纤探头包括纵向排布、横向排布、环形排布或T字形排布等方式。
[0010]优选地，通过调整多通道光纤探头内通道间距来实现不同信号检测空间分辨率的控制，选用纤芯间距为微米量级的多芯光纤作为多通道干涉仪光纤探头，实现微米级分辨率的超声信号检测。
[0011]更进一步地，光电探测模块同时接收多通道光电信号。经信号识别处理模块处理后可以得到弹性材料中的传播模式、速度、相位和强度分布细节信息，基于模式分析算法获得不同弹性导波模式成分的占比。
[0012]优选地，待测样品通常为金属样品，使用四轴承电动位移台驱动待测金属样品，误差小于0.01mm。
[0013]与现有技术相比，本专利技术一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统的有益效果是：
[0014]1、采用非接触式激发方式，对空气中(使用固体激光器)或水下(使用超声信号发生器)样品进行激发，可减少误差和能量损耗。
[0015]2、使用多通道光纤干涉方法测量信号，光纤紧密排布，精度可达微米量级，解决常规测量中分辨率不高的问题。
[0016]3、该系统可同时对多点信号进行检测，记录同一时刻不同点位的振幅震荡，经过处理可使得扫描区域内呈现同一时刻完整的模式分布，解决单一探头不同时刻测量不同点位信号，波形会随时间变化产生震荡的问题。
[0017]4、实验系统可以很好地避免臂长等因素的干扰，适于在温差大的环境下工作，并拥有灵敏度较高，便于调节，信噪比较高等优点，可测得水上和水下弹性波的传输，进而分析其导波模式，对声源特性进行探测。
[0018]5、本专利技术还可应用于检测金属表面裂纹，气孔等缺陷，制作简单，适用领域较为广泛。
附图说明
[0019]图1为依据本专利技术的具有高时空分辨率的弹性导波检测系统示意图。
[0020]图2为本专利技术具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统的多通道光纤探头图。
[0021]图3为特定频率下存在多模式叠加的最佳拟合曲线图像。
具体实施方式
[0022]结合本专利技术的附图说明，阐述本专利技术应用于实际的实施例和技术方案。现阐述的实施方式只代表本专利技术一部分实施例，不代表全部实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。另外，不应当将本专利技术的保护范围仅仅限制至下述系统中具体模块或零件的具体参数。
[0023]需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0024]需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0025]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0026]本专利技术提出了一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，提高了测量的时空分辨率，使用多根光纤组合而成探测矩阵，可应用于高分辨率的扫描探测，实时检测记录信号信息，并且在超声无损检测
以及海底地声信号声源探测等领域都具有可观的研本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其特征在于.其包括激励源、待测样品、多通道光纤干涉仪、光电探测模块和信号识别处理模块，所述激励源在待测样品中激发超声波，利用多通道光纤干涉仪探测沿特定方向传输的超声波信号，再经由光电探测模块将光信号转换成电信号，最终利用信号识别处理模块进行处理实现高分辨率特征检测。2.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其特征在于，激励源的激励方式为非接触式激励，非接触式激励采用超声激发或脉冲激光源激发弹性导波信号。3.根据权利要求1所述的一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其特征在于，多通道光纤干涉仪为多通道光纤菲索干涉仪，对待测样品表面不同位置的弹性导波信号进行同时测量。4.根据权利要求1或权利要求3所述的一种具有高时空分辨率的弹性导波模式检测系统，其特征在于，通过选择多通道光纤干涉仪的多通道光纤探头的排布方式，来实现不同空间位置弹性波模场分布的同时探测，多通道光纤干...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊亚仙，班瑞，张日丰，刘欢，陶智勇，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：