CN107356318B - 用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，该系统包括激光器、传感模块和解调系统，所述的传感模块为增敏封装光纤传感器，所述的增敏封装光纤传感器与解调系统连接；增敏封装光纤传感器的封装外壳为钢制针管，增敏封装光纤传感器的测试端的钢制针管表面磨去包层，增敏封装光纤传感器的传感区封装于钢制针管中，钢制针管平行于待测试样表面，封装外壳的固定装置其中一点与待测试样表面通过耦合剂粘合。与现有技术相比，本发明具有体积小、可实现点接触式测量、钢制针管封装增强信号和实现高频声场单点声信号测量等优点。

Description

用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统

技术领域

本发明涉及超声检测领域，尤其是涉及一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统。

背景技术

传统的声电型换能器技术规范，工艺成熟，使用方便，然而其在某些恶劣环境下难以正常工作，如探测化学或者电磁环境中或者高强度的声场等。而光纤声传感器，由于制作材料绝缘，能抗电磁干扰，且材料抗压能力强，灵敏度高，耐腐蚀等特点，越来越受人关注。此外，随着制造技术的进步，其成本也在不断降低，易复用，具有很高的性价比，是传统声电型换能器的理想替代品。

然而由于光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成困难，所以需要对光纤进行封装，使其便于测量空间中某一点的声信号。

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用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统。本发明所要解决的技术问题是针对光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成困难，所以需要对光纤进行封装，使其便于对板中某一点声发射信号进行检测和定位。本发明采用钢制针管和固定装置对光纤光栅进行封装，用于增强声信号，并将针管一侧钢制包层磨去以增强其振动幅度，提高光纤光栅传感器的灵敏度。本发明所述系统具有体积小、可实现点接触式测量的特点，便于测量板中高频声场单点声信号。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，该系统包括激光器、传感模块和解调系统，所述的传感模块为增敏封装光纤传感器，所述的增敏封装光纤传感器与解调系统连接；

所述的激光器发射激光传导至光纤光栅传感器，所述的增敏封装光纤传感器感应板状待测试样表面某一点的声波信号，声波信号转成电信号传至解调系统，解调系统进行解调，获得最后的声信号。

所述的增敏封装光纤传感器的封装外壳包括设于头部的钢制针管和与钢支撑管连接的圆柱状固定装置。

所述的钢制针管与圆柱状固定装置的连接处呈圆锥面状。

所述的圆柱状固定装置通过耦合剂与板状待测试样表面粘合。

所述的钢制针管悬空与板状待测试样表面平行。

所述的钢制针管的一侧磨去表面包层使其结构不对称。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)固定装置用耦合剂将针管外侧一点与待测试样粘合，使光纤光栅能够只对待测试样表面一点进行测量，克服了由于光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成的困难；

(2)增敏封装光纤传感器的钢制针管部分测试时悬空，增强固定装置测得的声信号的振动；

(3)将针管一侧钢制包层磨去以去除其对称性，抑制钢管自身振动，提高光纤光栅传感器的灵敏度；

(4)本发明系统具有体积小、可实现点接触式测量的特点，便于测量板中高频声场单点声信号。

附图说明

图1为本发明系统的工作流程图；

图2为本发明系统装置结构简图；

图中：1、尾部光纤；2、与待测试样连接处；3、钢制针管；4、光纤传感区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

本发明公开了一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统。如图1所示，本发明增敏封装光纤传感系统，包含封装方式及检测系统。用于板中声发射信号检测与定位的光纤传感器增敏封装方式及检测系统包括激光器、光纤传感器单元、钢制针管、耦合剂及解调系统。激光器用于发射所需激光；光纤传感器单元作为该传感器的核心部分，用于检测板波；钢制针管与固定装置固连作为该传感器的封装外壳，封装于光纤光栅之外；耦合剂用于将固定装置与待测试样粘合；解调系统用于解调获得最后的声信号。光纤光栅传感器封装于所述针管和固定装置之内，构成单体式传感器。

如图2所示，光纤光栅传感器作为传感器的核心部分，用于接收来自板中的声信号；钢制针管3和固定装置作为传感器的封装外壳，封装于光纤光栅之外；与待测试样连接处2为固定装置外侧一点，固定装置通过耦合剂与待测试样粘合；尾部光纤1没有封装；钢制针管3一侧钢制包层磨去；

激光器发射激光传导至光纤光栅传感器，所述的增敏封装光纤传感器感应板状待测试样表面某一点的声波信号，声波信号转成电信号传至解调系统，解调系统进行解调，获得最后的声信号。增敏封装光纤传感器的钢制针管部分测试时悬空，增强固定装置测得的声信号的振动；将针管一侧钢制包层磨去以抑制钢管自身振动，提高光纤光栅传感器的灵敏度。

本发明中，所采用的光纤光栅作为传感器的核心部分，其光纤光栅传感区4用于检测板中某点的声发射信号，声信号给光纤光栅一个应力，改变其工作波长。光纤光栅的工作波长发生变化满足方程：

其中，λ_B为有源光纤光栅的中心波长，Λ为有源光纤光栅的傅里叶分量等效周期，n_e为光纤光栅的有效折射率。

本发明中，所采用的耦合剂将固定装置外侧一点与待测试样粘合，排除掉传感器与待测试样之间的空气，使光纤光栅能够只对待测试样表面一点进行测量。

本发明中，所采用的钢制针管测试时与待测试样表面平行并悬空设置，能够增强声信号，封装于光纤光栅之外，便于测量空间中某一点的声信号。

本发明中，所采用的钢制针管包层磨去以抑制钢管自身振动，提高光纤光栅传感器灵敏度。

本发明中，所采用的激光器发射所需激光，作为光纤光栅传感器进行测量用的光源。

本发明中，所采用的解调系统解调方法简单，接收采集卡里存储的电信号，通过解调获得最后的声信号。

本发明所采用的光纤传感器封装方式及检测系统具有体积小、可实现点接触式测量的特点，便于测量板中某一点的声信号，能够提高传感灵敏度，是一种新型的用于板中声发射信号检测与定位的增敏封装方式和检测系统。

本发明中，通过采用钢制针管和固定装置对光纤光栅进行封装，用耦合剂将固定装置外侧一点与待测试样粘合，使光纤光栅能够只对待测试样表面一点进行测量，并使钢制针管部分悬空以增强声信号。克服了由于光纤光栅的传感区域较长，接收到的信号是整个传感区域上的积分，对于测量高频声场单点的声信号造成的困难。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，该系统包括激光器、传感模块和解调系统，其特征在于，所述的传感模块为增敏封装光纤光栅传感器，所述的增敏封装光纤光栅传感器与解调系统连接，所述的增敏封装光纤光栅传感器的封装外壳包括设于头部的钢制针管和与钢制针管连接的圆柱状固定装置，所述的钢制针管的一侧磨去表面包层使其结构不对称；

所述的激光器发射激光传导至增敏封装光纤光栅传感器，所述的增敏封装光纤光栅传感器感应板状待测试样表面某一点的声波信号，声波信号转成电信号传至解调系统，解调系统进行解调，获得最后的声信号。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，其特征在于，所述的钢制针管与圆柱状固定装置的连接处呈圆锥面状。

3.根据权利要求1所述的一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，其特征在于，所述的圆柱状固定装置通过耦合剂与板状待测试样表面粘合。

4.根据权利要求3所述的一种用于检测和定位板中声发射信号的增敏封装光纤传感系统，其特征在于，所述的钢制针管悬空与板状待测试样表面平行。