[发明专利]一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统

说明书

本发明提供了一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统，其目的在于减小或消除环境温度变化对系统的干扰，提高系统稳定性和检测精度，并实现多通道测量。所述传感解调系统包括传感部分和解调部分，其中，传感部分主要由待测样件和与之耦合的光纤光栅组成；解调部分包括阵列波导光栅、光电转换器、放大器、采集卡和上位机分析软件。本发明主要用于结构件健康的实时监测和无损检测，相比于传统的窄带光源功率型光纤光栅声发射系统，突破了“单光源—单传感器”的通道限制，实现了“单光源—多传感器”的系统扩展，通过差分法减小或消除了温度干扰，提高了检测精度。本发明所提供的多通道传感解调系统，可以大幅降低设备成本，适用于大规模工程应用。

技术领域

本发明属于声发射检测技术领域，特别涉及一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统。

背景技术

在外界因素(温度、载荷、压力、磨损等)作用下，材料的内部可能会发生细微的断裂，并释放弹性能，弹性能在材料中以弹性波的形式传播，该弹性波被称为声发射波。材料内部的此类不可见缺陷将成为工程结构中的隐患，缺陷累积所造成的结构整体或局部的突发性失效会导致严重的安全问题，尤其存在于航空航天、交通运输、机械加工等领域。因此，及时准确地监测结构件的健康状态，对于确保安全生产、提高系统可靠性和稳定性、减少不必要的损失和成本具有重要的现实意义。

由于光纤本身的光敏特性，光纤光栅的纤芯在受到轴向力的作用时，折射率将发生变化，当宽带光入射到光纤光栅中时，满足布拉格波长的窄带光会被反射回来，其他波长的光则通过光纤透射出去，实质上是一个带宽较窄的带阻滤波器和一个反射镜。光纤光栅在耐腐蚀、抗氧化、抗电磁干扰、灵敏度、绝缘性等方面具有优良的特性，低成本和低应用门槛使光纤光栅广泛应用于航空航天、地质勘探、路桥建设、天然气运输等领域。

传统的无损检测方法为压电陶瓷声发射检测法。该方法技术纯熟，操作简单，但系统庞大，线缆众多，抗电磁干扰能力差，而基于光纤布拉格光栅的声发射检测系统在保证了较高的灵敏度和测量精度的同时，克服了压电陶瓷的上述缺点，越来越广泛地应用于机床、航空航天等领域。现有的光纤光栅声发射检测系统一般采用可调谐激光器切割光纤光栅线性区的功率解调方法，该方法的缺陷在于：由于光纤光栅中心波长受温度影响较大，每次检测都需要事先寻找3dB线性区，操作繁琐；每套系统只能实现对单个光纤光栅的检测，即“单光源—单传感器”系统，成本较高，不利于维护。“单光源—多传感器”(即多通道)检测系统可以很好地弥补上述不足，因此将成为光纤光栅声发射检测系统未来的发展方向。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，改进光纤布拉格光栅在声发射检测领域单通道的应用现状，提供了一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统，该系统能够减小或消除环境温度变化对系统的干扰，提高系统稳定性和检测精度，并实现多通道测量。

本发明采用的技术方案为：一种基于阵列波导光栅的多通道声发射传感解调系统，将ASE宽带激光器通过光环形器与光纤布拉格光栅传感器网络相连，ASE宽带激光器产生的宽带光入射到光纤布拉格光栅传感网络，待测结构件在外界作用下，产生声发射信号，光纤布拉格光栅传感网络接收声发射信号，转化成光信号反射至光环形器，进入阵列波导光栅，由光电转换器转换成电信号，经信号放大器进行放大，通过数据采集卡传输至上位机，以进行后续处理。

进一步的，ASE宽带激光器产生的宽带光，经过光纤布拉格光栅传感网络时，只有相应波长的光会被反射回来；当外界作用到达待测结构件时，会在结构件内部产生微裂纹，并伴随声发射信号的产生，当该信号在待测结构件中传播，到达光纤布拉格光栅传感网络时，会引起光纤光栅中心波长的漂移，产生调制光信号；调制光信号返回至阵列波导光栅，由于阵列波导光栅的分光作用，波长调制光信号转换为功率调制光信号；调制信号经光电转换器转换为电信号，通过信号放大器进行放大，由数据采集卡采集输入至上位机，进行分析处理。

进一步的，ASE宽带激光器光源为C带宽波段通信光；阵列波导光栅为温度可控型。