[发明专利]一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，包括宽频光源(101)；

宽频光源(101)，通过光纤与第一环形器(102)的输入口A相连接；

其中，第一环形器(102)的输出反射输入口B，通过光纤与参考FBG传感器(105)的一端相连接；

参考FBG传感器(105)的底面，粘贴在压电陶瓷PZT(106)上；

第一环形器(102)的输出口C，通过光纤与第二环形器(103)的输入口A相连接；

第二环形器(103)的输出口C，通过光纤与光电探测器(107)的检测端相连接；

第二环形器(103)的输出反射输入口B，通过光纤与检测用FBG传感器(104)的一端相连接；

其中，检测用FBG传感器(104)，作为弹性波传感器，其直接粘贴在被测对象表面，或者通过增敏结构(203)固定在被测对象(201)上；

光电探测器(107)的检测输出端，通过电线，与数据采集模块(108)的数据采集端相连接；

数据采集模块(108)的数据输出端，通过电线，与信号处理驱动模块(110)的数据输入端相连接；

信号处理驱动模块(110)的信号输出端，通过导线，与信号产生模块(109)相连接；

信号产生模块(109)的信号输出端，通过电线，与压电陶瓷PZT(106)相电性连接；

其中，宽频光源(101)，用于提供宽带光给第一环形器(102)；

第一环形器(102)，用于将宽频光源(101)提供的宽带光，传给参考FBG传感器(105)，并将参考FBG传感器(105)的反射光传给第二环形器(103)；其中，参考FBG传感器(105)的反射光为窄带光；

第二环形器(103)，用于将第一环形器(102)传来的所述参考FBG传感器(105)的反射光，再传给检测用FBG传感器(104)，并将检测用FBG传感器(104)的反射光传给光电探测器(107)；

检测用FBG传感器(104)粘贴在被测对象(201)上；

被测对象(201)，用于将其表面的应变传递给检测用FBG传感器(104)；

检测用FBG传感器(104)，用于接收第二环形器(103)传递过来的所述参考FBG传感器(105)的窄带光，并将该窄带光的光谱与其自身形成的窄带光的光谱相重叠，然后将这两个窄带光的光谱重叠部分的光，输出给第二环形器(103)；

参考FBG传感器(105)，用于接收第一环形器(102)传递过来的所述宽频光源(101)提供的宽带光，并在形成窄带光后输出给第一环形器(102)；

参考FBG传感器(105)粘贴在压电陶瓷PZT(106)上；

参考FBG传感器(105)的长度随着压电陶瓷PZT(106)的伸长和缩短而伸缩；

光电探测器(107)，用于接收第二环形器(103)输出的光信号，该光信号是两个窄带光谱重叠的部分的光，并将光信号转换为电压信号，然后输出给数据采集模块(108)；

数据采集模块(108)，用于采集光电探测器(107)输出的电压信号，该电压信号即是光电探测信号，该光电探测信号即为检测获得的宽频弹性波检测信号，并将采集的电压信号传递给信号处理驱动模块(110)；

信号处理驱动模块(110)，用于接收数据采集模块(108)发来的电压信号，然后输出电压信号给信号产生模块(109)；

信号产生模块(109)，用于接收信号处理驱动模块(110)输出的电压信号，然后作为驱动电压输出给压电陶瓷PZT(106)，驱动所述压电陶瓷PZT(106)伸长和缩短；

信号产生模块(109)，用于接收信号处理驱动模块(110)输出的电压信号，该信号为直流电压DC信号和交流AC电压信号的叠加信号；

信号产生模块(109)，还用于搜索获取起检测用FBG传感器(104)以及参考FBG传感器(105)这两个FBG的光谱偏差并调节该偏差，并锁定系统最佳工作点，使得弹性波探测的灵敏度高；

对于信号产生模块(109)，搜索和调节两个FBG的光谱偏差、并锁定系统最佳工作点、保持弹性波测量的高灵敏度的具体控制过程如下：

首先，固定信号处理驱动模块(110)输出的AC信号的幅值和频率，然后逐渐改变信号处理驱动模块(110)输出的DC信号的幅值、改变参考FBG的中心波长，利用预设小幅值的AC信号引起压电陶瓷PZT(106)振动、模拟弹性波的到来；

然后，继续保持AC信号不变，改变DC信号的幅值，采集光电探测器(107)输出的电压信号，并通过进行快速傅里叶变换，获得该电压信号的幅值；

然后，取光电探测器(107)输出的电压信号中的最大直流DC电压值，作为施加在压电陶瓷PZT(106)上的最佳驱动电压，然后向压电陶瓷PZT(106)输出；

其中，系统最佳工作点，即是施加在压电陶瓷PZT(106)上的最佳驱动电压。