[发明专利]一种光纤光栅传感器检测灵敏度的无扰动校准装置及方法

说明书

本发明涉及一种光纤光栅传感器检测灵敏度的无扰动校准装置及方法，校准方法包括以下步骤：脉冲激光器向铝板发射脉冲激光；铝板接收脉冲激光信号，并产生光声信号；水听器和光纤传感器同时接收铝板产生的光声信号，光纤传感器结合水听器测出的各频率比重，获得光纤光栅水听器的频响曲线相对分布曲线；利用纹影法获得设定频率点的光纤灵敏度；结合光纤光栅水听器的频响曲线相对分布曲线与设定频率点测得的光纤灵敏度，获得校准后的光纤传感器灵敏度曲线。与现有技术相比，本发明采用纹影法具有非侵入和成像速度快特点，采用的光声效应避免了单一声信号的互相干扰以及避免了逐点校准的繁琐等优点。

技术领域

本发明涉及超声检测领域，尤其是涉及一种光纤光栅传感器检测灵敏度的无扰动校准装置及方法。

背景技术

与传统的压电式换能器类似，因为本身存在特征频率，所以光纤传感器也对不同的频率有不同的灵敏度，当入射声场能够激发传感器某一模态时，其在光纤中传播的应力场较大，所以在该频率下，传感器对声压灵敏度较高。此外，光纤传感器本身的传感原理也使其频率响应不均匀。

传统的压电传感器声场测量技术已发展多年，然而其缺点，如破坏声场、受电磁干扰、不耐高压及腐蚀等问题始终未得到解决。本发明所要解决的技术问题是针对光纤传感器本身存在特征频率，因此需要对其灵敏度进行检测；以及克服传统压电传感器破坏声场、受电磁干扰、不耐高压及腐蚀等问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种光纤传感器检测灵敏度的无扰动校准装置及方法。本发明利用光声效应，避免了不停调整光纤位置及更换不同中心频率换能器，保证换能器的时域波形不产生畸变；采用纹影法测量超声场，具有非侵入和成像速度快的特点，避免了水听器等传统测量器件对声场的干扰。相比于现在常用的水听器测量方法，纹影法在测量超声场时具有非侵入和成像速度快的特点。纹影法成像系统是一种研究透明介质中声场分布的一种有效的办法。其光路系统简单，并且易于测量媒质中微弱的相位变化，利用这个特点，可以观测到声场改变水的密度分布而引起的光场相位分布，进而获得声场信息。由于其非侵入式的特点，避免了水听器等传统测量器件对声场的干扰。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种光纤光栅传感器检测灵敏度的无扰动校准方法，该方法采用纹影法和光声效应，该方法包括以下步骤：

S1、脉冲激光器向铝板发射脉冲激光；

S2、铝板接收脉冲激光信号，并产生光声信号；

S3、水听器接收铝板产生的光声信号，得到脉冲声源的各频率比重；

S4、光纤传感器同时接收铝板产生的光声信号，结合水听器测出的各频率比重，获得光纤光栅水听器的频响曲线相对分布曲线；

S5、利用纹影法获得设定频率点的光纤灵敏度；

S6、结合光纤光栅水听器的频响曲线相对分布曲线与设定频率点测得的光纤灵敏度，获得校准后的光纤传感器灵敏度曲线。

S6中对于光纤光栅水听器的频响曲线相对分布曲线，将各频率对应的光纤光栅水听器频响信号相对值均与设定频率点测得的光纤灵敏度相乘，最终获得校准后的光纤传感器灵敏度曲线。

步骤S5包括以下步骤：

S501、点聚焦换能器向液体样本发射聚焦声场；

S502、脉冲激光器向受聚焦声场影响的液体样品发射激光；

S503、纹影法光学模块在像平面成像后，用摄像头进行声场拍摄，测得中心频率焦点处声压，获得设定频率点测得的光纤灵敏度。

所述的摄像头为高速摄像头ICCD。