[发明专利]一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波检测技术领域，特别涉及一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感方法。

背景技术

超声波是一种振动频率高于声波的机械波。超声波检测结构件缺陷技术就是采用高灵敏度的超声波传感器采集来自超声探头发出的信号，并通过对这些超声波信号的幅值，时间，波形变化等参数来了解结构件缺陷的发展状况，以实现对结构件健康状况的检测。由于超声波检测技术的穿透能力强、灵敏度高、普适性等优点，使得它在航空航天、铁路交通、锅炉压力容器等领域的在役安全检查与寿命评估有广泛的应用。

光纤布拉格光栅是利用光纤材料的光敏性，在光纤纤芯内产生周期性变化的折射率分布，其作用实质上是在纤芯内形成一个窄带滤波器或反射镜。宽带光进入光纤布拉格光栅，只有满足其反射条件的很窄的光才能被光纤布拉格光栅反射回去。由于光纤布拉格光栅的抗电磁干扰、耐腐蚀、灵敏度高、对电绝缘、成本低及易于实现复用等优点，光纤布拉格光栅一经问世，便在光纤传感领域发挥重要作用，并在高速公路、桥梁、矿山、地质勘探、铁路、石油、天然气管道的结构健康监测中得到广泛应用。

现有的光纤光栅传感系统如中国专利CN200610130121.3“光纤光栅传感系统”、CN200920129512.2“一种光纤光栅传感器及光纤光栅传感系统”都可以同时测量温度与应变；现有的光栅超声波检测系统如中国专利CN201420775445.2“用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统”等超声波检测系统适于在恒温环境下检测，若环境温度变化较大，则会影响光纤布拉格光栅检测精度。

发明内容

本发明的目的在于，克服已有的技术局限，将光纤布拉格光栅引入超声波检测领域，提供了一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感方法，该方法具有检测灵敏度高、精度高、穿透力强、不受电磁干扰、适于动和静态检测、适于恒温和变温环境工作等特点。

本发明采用的技术方案为：一种对比型的匹配光纤布拉格光栅测超声波信号传感方法，将宽带光源4与传感光纤布拉格光栅5相连；压电超声探头发出超声波信号1作用于结构件2，使之产生超声波信号3，并使用传感光纤布拉格光栅5接收超声波信号3，反射出调制光信号6，调制光信号6分两路传输；其中一路通过匹配光纤布拉格光栅7输出温度补偿后的调制光信号8，温度补偿后的调制光信号8进入光电探测器9转换为第一电信号11；另一路直接进入光电探测器10转换为第二电信号12；第一电信号11与第二电信号12两路电信号到达后期信号分析处理13；该方法包括以下步骤：

其中，宽带光源输出的光信号进入传感光纤布拉格光栅；压电超声探头发出超声波信号作用于结构件表面，在结构件表面和内部传输超声波信号，传感光纤布拉格光栅感受超声波信号，符合传感光纤布拉格光栅条件的窄带光被反射回去，输出的调制光信号包含超声波信号；调制的光信号分为两路向后传输，其中一路调制光信号进入匹配光纤布拉格光栅，匹配光纤布拉格光栅与传感光纤布拉格光栅处于同一温度场，二者温度变化相同，即匹配光纤布拉格光栅实现了温度补偿，输出经过温度补偿后的调制光信号，温度补偿后的调制光信号进入光电探测器转换为电信号；另一路直接进入光电探测器转换为电信号；两路电信号再进行后期信号分析处理。

进一步的，所述传感光纤布拉格光栅耦合于结构件的表面；若传感光纤布拉格光栅未封装，则用502胶水粘贴于结构件的表面；若传感光纤布拉格光栅已封装，则将封装后的传感光纤布拉格光栅使用凡士林耦合于结构件的表面。

进一步的，所述匹配光纤布拉格光栅为可调谐中心波长的光纤布拉格光栅，要与传感光纤布拉格光栅相匹配，即匹配光纤布拉格光栅的3dB点与传感光纤布拉格光栅的3dB点相交，并且要求两个光栅的反射比、边摸抑制比、3dB带宽参数基本一致。

本发明与现有技术相比的优点在于：现有的光纤布拉格光栅传感器检测超声波传感方法大多数都工作在恒温或温度变化较小的环境下，一旦环境温度变化较大，光纤布拉格光栅的检测超声波信号精度便会降低，影响最终检测结果，而本发明采用匹配光纤布拉格光栅检测超声波信号传感方法，系统有共2个光纤布拉格光栅，其中一个作为匹配光纤布拉格光栅，另一个作为传感光纤布拉格光栅，实现实时温度自补偿，可以最大限度的降低温度对传感光纤布拉格光栅传感器的影响，使得传感光纤布拉格光栅传感器在变温环境下同样具有正常工作的能力；此外该方法为对比型，即同时采集两路信号，对两路信号作差，可消除系统光源、光电探测器的设备产生的共模干扰，提高了信噪比，由此系统可以检测幅值较弱的超声波信号。

附图说明