一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，单模光纤耦合传感器部分包括：入射光纤、出射光纤、单模光纤耦合器、光源；信号处理部分包括：光电转换电路、差分放大电路、滤波电路、数据采集卡、计算机；所述光源发出的光通过两路入射光纤进入单模光纤耦合器，、在单模光纤耦合器的耦合区耦合后输出，经过两路出射光纤向光电转换电路传输两路光信号，所述光电转换电路将、光信号转换成电信号，再依次经过差分放大电路、滤波电路进入数据采集卡，所述数据采集卡对采集的信号进行模数转化后传输至计算机进行分析处理。本发明专利技术不需用较复杂的机械装置进行增敏和无需考虑外界温度起伏的影响，以及解调成本低，分辨力高的特点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，单模光纤耦合传感器部分包括：入射光纤、出射光纤、单模光纤耦合器、光源；信号处理部分包括：光电转换电路、差分放大电路、滤波电路、数据采集卡、计算机；所述光源发出的光通过两路入射光纤进入单模光纤耦合器，、在单模光纤耦合器的耦合区耦合后输出，经过两路出射光纤向光电转换电路传输两路光信号，所述光电转换电路将、光信号转换成电信号，再依次经过差分放大电路、滤波电路进入数据采集卡，所述数据采集卡对采集的信号进行模数转化后传输至计算机进行分析处理。本专利技术不需用较复杂的机械装置进行增敏和无需考虑外界温度起伏的影响，以及解调成本低，分辨力高的特点。【专利说明】一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统
本专利技术涉及一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，属于结构健康监测中的声发射检测
。
技术介绍
机械设备健康监测是近四十年来才发展起来的一门较新的技术，它是一门集传感器、声学、光学、电子学和计算机学等多门学科为一体的综合技术。它通过对设备某些参数的测取和分析，获得设备状态变化的趋势性规律，判断设备损伤的原因、部位和严重程度，对设备的剩余寿命做出估计，进而指导设备的维修与管理。随着这门技术的迅速发展，机械设备的维修和管理观念也随之发生了巨大的变化，由过去的事故后维修或定期维修发展到现在的基于状态结构健康监测的主动保养维修。这种现代的设备维修方式因其可最大限度地节约维修费用，并可最大限度地避免由于意外停机所造成的间接经济损失而越来越受到重视。基于声发射的机械构件故障诊断技术是近年来发展的一种新型动态无损检测方法，它采集的声发射信号来自于故障构件的缺陷本身，这样它就可以反映出缺陷随载荷、时间、温度等外变量变化而随时改变的信息。如零部件产生裂纹，发生腐蚀，结构断裂等，这些都会伴随声发射信号的产生，因此对机械设备进行声发射检测，以此来监测机械设备的健康问题。传统的压电陶瓷类传感器，受电磁干扰比较严重，在强电场环境下，其有效性受到很大制约。而且将传感器置于实验试件的外部，由于材料的高吸收，到达探测器的超声波信号强度较小，因此其效果并不理想。然而利用光纤所特有的性质，将其作为光纤AE传感器探测声发射信号作为无损检测的一种新型的手段的研究具有非常重要的意义。光纤传感器主要集中在以下技术:I光纤干涉技术，2光纤布拉格光栅技术,3过度耦合融熔双锥耦合技术。然而，技术I安装复杂且易受温度起伏影响，技术难度大，技术2必须用机械装置来增强灵敏度且易受温度起伏影响较大，高频的解调困难，成本很高，工程应用在声发射检测上的的很少。3是近年来随着技术的进步，基于光纤耦合器声发射传感器克服了参数不稳定的缺陷，在声发射检测方面重新得到重视的一种技术。 光纤耦合器是一种简单而非常重要的无源光纤器件，它在光纤通信里起着非常重要的作用，光纤耦合技术作为一种基本的器件结构，随着光纤通信的发展己经变得相当成熟。基于过度耦合的光纤声发射传感器以其测量频带宽，解调成本低，抗电磁干扰等优点，受到越来越多的重视。对于CN102313779 “一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号传感系统”公开的基于光纤布拉格光栅的专利由于基于测量反射中心波长变化的原理，存在解调复杂，制作成本高，波长的检测较为困难，实际应用中得用机械装置来增强灵敏度且易受温度起伏的影响的劣势，在应用时得考虑温度补偿和波长漂移等因素，进行监测的成本相对比较高，技术成熟度低，该技术在成熟稳定性还是成本都存在局限性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，不需用较复杂的机械装置进行增敏和无需考虑外界温度起伏的影响，以及解调成本低，分辨力高，可以根据需要设置不同频带的耦合型声发射传感器部分，该系统相对传统的压电式声发射传感器具有抗电磁干扰，传输距离长，可在腐蚀和高温等恶劣环境下布设的优点。本专利技术具体采用以下技术方案解决上述技术问题:一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统包括单模光纤耦合传感器部分和信号处理部分，所述单模光纤耦合传感器部分包括:入射光纤、出射光纤、单模光纤耦合器、光源；所述信号处理部分包括:光电转换电路、差分放大电路、滤波电路、数据采集卡、计算机；其中单模光纤耦合器紧固在封装材料内，封装材料和单模光纤耦合器之间通过环氧树脂胶粘剂粘贴；所述光源发出的光通过两路入射光纤进入单模光纤耦合器，所述两路入射光在单模光纤耦合器的耦合区耦合后输出，经过两路出射光纤向光电转换电路传输两路光信号，所述光电转换电路将接收的两路光信号转换成电信号，再依次经过差分放大电路、滤波电路进入数据采集卡，所述数据采集卡对采集的信号进行模数转化后传输至计算机进行分析处理，以实现对声发射信号的测量。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述封装材料为毛细玻璃管，环氧树脂胶粘剂为固化胶；所述两路入射光纤和出射光纤分别与单模光纤耦合器的两端连接后，通过固化胶封装在所述毛细玻璃管中；所述单模光纤耦合器分别与两路入射光纤、两路出射光纤连接处形成锥形区，所述入射光在锥形区进行应变集中。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述光源为ASE宽带光源，中心波长为1550nm,波长范围为1520至1620nm，谱宽为80nm。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述单模光纤耦合器为1X2型单模光纤耦合器，分光比为50%。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述单模光纤耦合传感器部分的频带范围为20-200KHz。作为本专利技术的一种优选技术方案:所述光电转换电路为PIN光电二极管电路。本专利技术采用上述技术方案，能产生如下技术效果:本专利技术和光纤光栅声发射传感系统有着本质的区别，光纤光栅声发射传感系统基于中心波长变化的波长调制型，需用价格昂贵的窄带光源进行波长扫描，而本系统属于强度调制型，基于锥形区与耦合区受扰动变化，而引起耦合长度变化使两传感臂输出光强发生相应的变化，光源可使用常用的宽带光源。同时相对光纤光栅类型的声发射传感器，本传感系统具有不需用较复杂的机械装置进行增敏和无需考虑外界温度起伏的影响，以及解调成本低，分辨力高，可以根据自己的需要定制不同频带的耦合型声发射传感器部分。随着光激励器件的小型化和可靠性的提高，本专利技术具有广泛的应用前景。综上，本专利技术具有成本低、结构简单不受温度漂移影响的特点。可用于机械设备结构健康监测以及重要部件的损伤检测，具有检测频带宽，检测的范围达到20-200KHZ，灵敏度高，应变分辨力达到1.5 (μ ε )，可以根据需要设置不同频带的耦合型声发射传感器部分，该系统相对传统的压电式声发射传感器具有抗电磁干扰，传输距离长，可在腐蚀和高温等恶劣环境下布设的优点。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术的单模光纤耦合传感器部分的结构示意图。图2为本专利技术的基于单模光纤耦合器的声发射传感系统的结构框图。图3为本专利技术的声发射传感系统的原理图。图4 (a)和图4 (b)分别为本系统对压电陶瓷振动信号为50K和200K赫兹的频谱响应图。图4 (c)为本系统对断铅模拟的声发射信号的频谱响应图。【具体实施方式】下面结合说明书附图对本专利技术的实施方式进行描述。如图2所示，本专利技术提供了一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，包括单模光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单模光纤耦合器的声发射传感系统，其特征在于：包括单模光纤耦合传感器部分和信号处理部分，所述单模光纤耦合传感器部分包括：入射光纤（1）、出射光纤（2）、单模光纤耦合器、光源；所述信号处理部分包括：光电转换电路、差分放大电路、滤波电路、数据采集卡、计算机；其中单模光纤耦合器紧固在封装材料内，封装材料和单模光纤耦合器之间通过环氧树脂胶粘剂粘贴；所述光源发出的光通过两路入射光纤进入单模光纤耦合器，所述两路入射光在单模光纤耦合器的耦合区耦合后输出，经过两路出射光纤向光电转换电路传输两路光信号，所述光电转换电路将接收的两路光信号转换成电信号，再依次经过差分放大电路、滤波电路进入数据采集卡，所述数据采集卡对采集的信号进行模数转化后传输至计算机进行分析处理。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱永凯，胡志辉，昂洋，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：