CN113514403B - 一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，包括宽频光源；宽频光源与第一环形器的A口相连；第一环形器的B口与参考FBG传感器相连；参考FBG传感器粘贴在压电陶瓷PZT上；第一环形器的C口与第二环形器的A口相连接；第二环形器的C口与光电探测器相连；第二环形器的B口与检测用FBG传感器相连；检测用FBG传感器固定在被测对象上；光电探测器与数据采集模块相连；数据采集模块与信号处理驱动模块相连；信号处理驱动模块与信号产生模块相连接；信号产生模块的信号输出端与压电陶瓷PZT相电性连接。本发明设计科学，能够可靠地对频带宽的弹性波(即宽频弹性波)进行测量，具有超宽频弹性波的检测能力。

Description

一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统

技术领域

本发明涉及弹性波检测技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统。

背景技术

无损检测的运用是工业发展必不可少的有效工具。目前，弹性波由于能够直接反映材料的力学特性，在无损检测领域，得到了非常广泛的应用。弹性波的频率范围很宽，从低于20Hz的次声频、20Hz～20KHz的声频，到频率高于20KHz的超声波。

光纤光栅传感器，尤其是广泛使用的fiber Bragg grating(FBG，光纤布拉格光栅)传感器，凭借其具有的显著的抗电磁干扰性能、可嵌入结构内部的微小体积、可组网测量以及耐腐蚀等特点，在航空航天、锅容管特、地震检波等领域，具有巨大的应用前景。

光纤光栅传感解调，可以分为波长解调和强度解调两大类，前者适用于静态应变、低频动态应变和温度测量，后者适用于中高频应变(弹性波)的测量。

其中，在现有的强度解调方法中，应用最广泛的是边缘滤波法，该方法利用可调谐激光器或可调谐F-P滤波器，将窄带光源的中心波长调节到FBG传感器的半峰宽处；当FBG传感器被弹性波驱动而发生中心波长变化时，FBG传感器的反射光谱也发生变化。因此，可调谐激光器或可调谐F-P滤波器的光谱与FBG传感器的反射光谱的重叠部分的光能量会发生变化，该部分光信号经过光电探测器后就转换为电信号，此电信号即代表了FBG传感器处的弹性波信号。

由于可调谐激光器和可调谐F-P腔滤波器的采购成本均较高，且当环境温度或结构变形而导致FBG传感器的工作波长发生改变时，可调谐激光器和可调谐F-P腔滤波器二者不易自主调整调谐光源波长，以实时匹配FBG传感器。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统。

为此，本发明提供了一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，包括宽频光源；

宽频光源，通过光纤与第一环形器的输入口A相连接；

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

参考FBG传感器的底面，粘贴在压电陶瓷PZT上；

第一环形器的输出口C，通过光纤与第二环形器的输入口A相连接；

第二环形器的输出口C，通过光纤与光电探测器的检测端相连接；

第二环形器的输出反射输入口B，通过光纤与检测用FBG传感器的一端相连接；

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

光电探测器的检测输出端，通过电线，与数据采集模块的数据采集端相连接；

数据采集模块的数据输出端，通过电线，与信号处理驱动模块的数据输入端相连接；

信号处理驱动模块的信号输出端，通过导线，与信号产生模块相连接；

信号产生模块的信号输出端，通过电线，与压电陶瓷PZT相电性连接；

其中，宽频光源，用于提供宽带光给第一环形器；

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

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

检测用FBG传感器粘贴在被测对象上；

被测对象，用于将其表面的应变传递给检测用FBG传感器；

检测用FBG传感器，用于接收第二环形器传递过来的所述参考FBG传感器的窄带光，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；

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

参考FBG传感器粘贴在压电陶瓷PZT上；

参考FBG传感器的长度随着压电陶瓷PZT的伸长和缩短而伸缩；

光电探测器，用于接收第二环形器输出的光信号，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；

数据采集模块，用于采集光电探测器输出的电压信号，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；

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

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

优选地，信号产生模块，用于接收信号处理驱动模块输出的电压信号，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，还用于搜索获取起检测用FBG传感器以及参考FBG传感器这两个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，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上的最佳驱动电压，然后向压电陶瓷PZT输出；

其中，系统最佳工作点，即是施加在压电陶瓷PZT上的最佳驱动电压。

优选地，信号处理驱动模块，还用于对光电探测器的光电探测信号进行快速傅里叶变换处理，获得弹性波具有的不同传播时间对应的振幅，然后以弹性波的传播时间为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，绘制获得弹性波的振幅随传播时间变化的时域曲线，然后对该时域曲线进行快速傅里叶变换，获得弹性波的振幅随传播频率变化的幅频特性曲线，该幅频特性曲线以弹性波的频率为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，最终将该幅频特性曲线作为被测对象上产生的弹性波的波形曲线。

优选地，检测用FBG传感器粘贴在增敏结构上，增敏结构通过固定螺栓与一个连接件的上部相连接；

连接件的下部，与被测对象相粘接。

优选地，连接件，内部中空且上下两端开口；

连接件的顶部具有螺栓连接孔，通过该螺栓连接孔和固定螺栓，与增敏结构相连接；

连接件的下部，具有被测对象表面匹配槽；

该被测对象表面匹配槽，用于通过胶水，粘贴在被测对象的表面。

优选地，增敏结构，其第一种结构形式，包括上下分布的第一质量块和第二质量块；

第一质量块和第二质量块相互平行设置；

第一质量块的底面左右两端，分别与一个第一弹性梁的上端相连接；

每个第一弹性梁的下端，分别与第二质量块的顶面左右两端相连接；

两个第一弹性梁，为左右对称分布；

其中，对于增敏结构，每个第一弹性梁，包括上部斜梁和下部斜梁；

上部斜梁的下端和下部斜梁的上端相连接；

上部斜梁和下部斜梁之间的夹角为锐角；

其中，检测用FBG传感器横向水平分布，并且检测用FBG传感器的左右两端，分别与一个第一弹性梁中的上部斜梁和下部斜梁的连接处相粘接。

优选地，第二质量块的顶面中心位置，垂直设置有一个第一限位块；

第一限位块的高度，小于第一弹性梁的垂直方向高度，且大于第一弹性梁的垂直方向高度的二分之一。

优选地，增敏结构，其第二种结构形式，包括上下分布的第三质量块和第四质量块；

第三质量块和第四质量块相互平行，且横向长度相等；

第四质量块的顶部中间位置，垂直设置有两根第二弹性梁；

两根第二弹性梁的上部，插入到第三质量块的中部；

第三质量块的底面左右两端，分别垂直设置有一个第二限位块；

两根第二限位块，左右对称分布；

其中，检测用FBG传感器横向水平分布，并且检测用FBG传感器粘贴在第三质量块的顶部中间位置。

优选地，信号处理驱动模块，具体包括一个控制模块；

信号产生模块，具体包括第一交流数模转换器DAC、第二直流数模转换器DAC、第一电压跟随器、第二电压跟随器、高压放大电路、高压加法电路和高压DC-DC电路；

其中，控制模块，分别与第一交流数模转换器DAC和第二直流数模转换器DAC相连接；

其中，第一交流数模转换器DAC，与第一电压跟随器相连接；

第二直流数模转换器DAC，与第二电压跟随器相连接；

第二电压跟随器，与高压放大电路相连接；

高压放大电路和第一电压跟随器，均与高压加法电路相连接；

高压放大电路，还与高压DC-DC电路相连接；

高压DC-DC电路，分别与低压电源和高压加法电路相连接。

优选地，控制模块，用于输出第一交流电压的数字信号给第一交流数模转换器DAC，以及输出第二直流电压的数字信号给第二直流数模转换器DAC；

第一交流数模转换器DAC，用于将控制模块输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第一电压跟随器；

第二直流数模转换器DAC将控制模块输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第二电压跟随器；

第一电压跟随器，用于将第一交流数模转换器DAC输入的交流电压信号进行1倍放大输出给高压加法电路；

第二电压跟随器，用于将第一交流数模转换器DAC输入的直流电压信号进行1倍放大输出给高压放大电路；

高压放大电路，用于将第二电压跟随器输入的直流电压信号进行高压放大，输出给高压加法电路；

高压加法电路，用于将第一电压跟随器输入的交流电压信号和高压放大电路输入的高压直流电压做加法运算，然后将运算结果输出给压电陶瓷PZT。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其设计科学，能够可靠地对频带宽的弹性波(即宽频弹性波)进行测量，具有超宽频弹性波的检测能力，具有重大的实践意义。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统的结构方框图；

图2a为在本发明中，增敏结构、连接件和被测对象的位置关系示意图；

图2b为在本发明中，第一种结构形式的增敏结构，在未粘接检测用FBG传感器时的结构示意图；

图2c为在本发明中，第一种结构形式的增敏结构，在已粘接检测用FBG传感器时的结构示意图；

图2d为在本发明中，第二种结构形式的增敏结构，在已粘接检测用FBG传感器时的结构示意图；

图2e为在本发明中，连接件的一种实施例的结构示意图；

图3为本发明提供的一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统中，信号处理驱动模块以及信号产生模块的连接结构方框图；

图4a为基于本发明所采集到的第一种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4b为基于本发明所采集到的第一种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4c为基于本发明所采集到的第二种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4d为基于本发明所采集到的第二种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4e为基于本发明所采集到的第三种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4f为基于本发明所采集到的第三种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4g为基于本发明所采集到的第四种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4h为基于本发明所采集到的第四种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4i为基于本发明所采集到的第五种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4j为基于本发明所采集到的第五种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4k为基于本发明所采集到的第六种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4l为基于本发明所采集到的第六种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4m为基于本发明所采集到的第七种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4n为基于本发明所采集到的第七种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4o为基于本发明所采集到的第八种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4p为基于本发明所采集到的第八种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图4q为基于本发明所采集到的第九种频率的弹性波的时域信号示意图；

图4r为基于本发明所采集到的第九种频率的弹性波的时域信号，经过FFT变换得到的幅频响应示意图；

图5a为基于本发明采集到的7kHz低频弹性波的时域信号示意图；

图5b为基于本发明采集到的7kHz低频弹性波的频谱图；

图5c为基于本发明采集到的钢尺产生的在20Hz附近的弹性波的时域信号示意图；

图5d为基于本发明采集到的钢尺产生的在20Hz附近的弹性波的频谱图；

图6为基于本发明所测量的压力容器在泄压过程中器壁表面的应变信号(弹性波)的波形示意图；

图7a为基于本发明的技术方案，在管道泄漏测量实验时，管道及其上相关部件的结构示意图；

图7b为基于本发明的技术方案，在管道泄漏测量实验时，增敏结构通过一个连接件，粘接在管道的上表面时的结构示意图；

图8a为基于本发明的检测系统，在对管道进行检测时，采集到的泄漏引起的在管壁传播的弹性波信号的波形示意图；

图8b为基于现有的商用加速度计，在对管道进行检测时，采集到的泄漏引起的在管壁传播的弹性波信号的波形示意图；

图9为基于本发明提供的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，所设计的一种撞击点定位测试系统的结构示意图；

图10为基于本发明提供的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，所设计的一种撞击点定位测试系统，获得的多点单次撞击的定位结果示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段更容易理解，下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关申请，而非对该申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1至图10，本发明提供了一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，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口相连接；

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；

需要说明的是，对于第一环形器和第二环形器，其中的A口为环形器的输入口，光从A口进去，内部的反射光不会从A口出来。B口为环形器的输出反射输入口，光从B口出去后，在外部经反射会再次从B口进来。C口为环形器的输出口，光从C口出去，外部的反射光不会从C口进来。

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(例如铝板、钢尺或者管道等)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。

在本发明中，具体实现上，宽频光源101，可以采用超辐射发光二极管SLD。

在本发明中，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(即窄带光)，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(即作为反射光)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(即是光电探测信号)，该电压信号即为检测获得的宽频弹性波检测信号(即本发明检测系统的检测结果)，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。

在本发明中，具体实现上，信号处理驱动模块110，用于采集、存储、处理和显示由数据采集模块108转发的、所述光电探测器107输出的光电探测信号(即弹性波检测信号，也是上文的电压信号)，该光电探测信号(即弹性波检测信号)与被测对象上产生的弹性波成比例。

具体来说，弹性波所在的地方的应变会引起FBG传感器的伸长和压缩，进而导致FBG传感器的光谱左右移动，检测用FBG传感器104与参考FBG传感器105的光谱的重叠部分会发生周期性改变，该部分的光能量经过光电探测器107处理以后，就转换为交流电信号。该电信号的幅值与弹性波的位移幅值和应变幅值近似成正比例，如下面的公式(1)所示。

其中，vout为光电探测器的输出，k1，k2为第一、第二比例系数，λ0为两个FBG(即检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105)的中心波长在没有弹性波激励时的最初差值，λ2为检测用FBG传感器104的中心波长，Δε为弹性波引起的应变量，Pe为FBG的有效弹光系数。

具体实现上，数据采集模块108，用于采集光电探测器107输出的光电探测信号(即弹性波检测信号，也是上文的电压信号)，然后转发给信号处理驱动模块110；

信号处理驱动模块110，用于接收并存储所述数据采集模块108发来的光电探测器107所输出的光电探测信号(即弹性波检测信号，也是上文的电压信号)，对光电探测器107的光电探测信号(即弹性波检测信号)进行采集和记录；

信号处理驱动模块110，还用于对光电探测器107的光电探测信号进行快速傅里叶变换处理，获得弹性波具有的不同传播时间对应的振幅，然后以弹性波的传播时间为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，绘制获得弹性波的振幅随传播时间变化的时域曲线，然后对该时域曲线进行快速快速傅里叶变换(FFT变换)，获得弹性波的振幅随传播频率变化的幅频特性曲线(即频谱图，该曲线以弹性波的频率为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标)，最终将该幅频特性曲线作为被测对象上产生的弹性波的波形曲线，该波形可以通过示波器等显示设备来向外部显示。

需要说明的是，对于本发明，宽频光源101，提供宽带光给第一环形器102。第一环形器102将光传给参考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103，参考FBG传感器105反射的光为窄带光。

第二环形器103，将参考FBG传感器105的窄带光传给检测用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；其中，由于检测用FBG传感器104本身输出的反射光也为窄带光，两个窄带光(即参考FBG传感器105反射的窄带光，以及检测用FBG传感器104自身输出的窄带光)的光谱的重合部分的光通过第二环形器103传递给光电探测器107。

需要说明的是，参考FBG传感器105反射的窄带光经过第一环形器102、第二环形器103给检测用FBG传感器104，由于检测用FBG传感器104本身输出(即基于物理特性形成)的也是和参考FBG传感器105类似的窄带光，由于检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105在本质上串联，所以最终检测用FBG传感器104输出的是两个窄带光谱重叠的部分的光，并经第二个环形器103转输给光电探测器107；

检测用FBG传感器104粘贴在被测对象201上，弹性波在被测对象201表面会引起应变，该应变会传递给检测用FBG传感器104、引起检测用FBG传感器104的伸长和缩短，从而改变检测用FBG传感器104的反射光的光谱。

检测用FBG传感器104，用于接收第二环形器103传递过来的窄带光(即窄带光)，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，也就是说，检测用FBG传感器104最终反射输出的光为两个窄带光(即参考FBG传感器105反射的窄带光，以及检测用FBG传感器104自身输出的窄带光)的光谱的重合部分。

参考FBG传感器105，用于接收第一环形器102传递过来的光，并在对应形成窄带光(即作为反射光)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，并随着压电陶瓷(PZT)106的伸长和缩短而伸缩，从而改变参考FBG传感器105的光谱。

光电探测器107，用于接收第二环形器103输出的光信号，该光信号是宽带光源被检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105两次串联滤波以后的窄带光、也即是上述所述两个单独的窄带光的光谱重叠部分的光，并将光信号转换为电压信号。

数据采集模块108，用于采集光电探测器107输出的电压信号，并将采集的数据(即电压信号)传递给信号处理驱动模块110。

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，并驱动压电陶瓷PZT 106伸长和缩短，以及用于搜索获取起检测用FBG传感器104以及参考FBG传感器10 5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很高。

信号处理驱动模块110，用来接收数据采集模块108的数据(即电压信号)，以及输出电压信号给信号产生模块109、执行搜索和调节两个FBG传感器(即检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105)的光谱偏差的任务。

需要说明的是，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(例如0.5V～2V)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(即光电探测信号)，并通过进行快速傅里叶变换，获得该电压信号的幅值；

需要说明的是，光电探测器输出的电压信号的幅值，显示了在同等幅值应变作用下检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105的反射光谱重叠部分光强的变化量。

然后，取光电探测器107的输出值最大时的DC电压(即光电探测器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。

具体实现上，第一环形器102、第二环形器103，均可以采用现有技术成熟的普通环形器，为现有公知的模块。

具体实现上，数据采集模块108、信号产生模块109为现有的美国NI公司生产的具有数据采集以及信号产生功能的模块，当然，还可以是其他厂家的相应功能模块。数据采集模块108，具有模拟电压-到数字的转换功能以及数字到模拟电压的转换功能，信号产生模块109在信号产生时所需的计算，可以通过在电脑上进行或者在具有计算功能的单片机上进行。

具体实现上，数据采集模块108，可以采用现有的示波器，或者具有数据采集和显示功能的数据采集卡。

在本发明中，具体实现上，参见图2a至图2e所示，对于本发明，检测用FBG传感器104，可以直接粘贴在被测对象201上，也可以通过增敏结构203和连接件202固定在被测对象201上；

具体为：检测用FBG传感器104粘贴在增敏结构203上，增敏结构203通过固定螺栓与一个连接件202的上部相连接；

连接件202的下部，与被测对象201相粘接。

具体实现上，增敏结构203，采用塑料或金属3D打印技术制作而成，也可以采用机械加工方式制作。

具体实现上，参见图2b、图2c所示，增敏结构203，其第一种结构形式，包括上下分布的第一质量块2041和第二质量块2042；

第一质量块2041和第二质量块2042相互平行设置；

第一质量块2041的底面左右两端，分别与一个第一弹性梁2061的上端相连接；

每个第一弹性梁2061的下端，分别与第二质量块2042的顶面左右两端相连接；

两个第一弹性梁2061，为左右对称分布。

其中，参见图2b、图2c所示，对于增敏结构203，每个第一弹性梁2061，包括上部斜梁20611和下部斜梁20612；

上部斜梁20611的下端和下部斜梁20612的上端相连接；

上部斜梁20611和下部斜梁20612之间的夹角为锐角(例如初始未被弹性波激励时的状态为60°)；

其中，参见图2b、图2c所示，检测用FBG传感器104横向水平分布，并且检测用FBG传感器104的左右两端，分别与一个第一弹性梁2061中的上部斜梁20611和下部斜梁20612的连接处相粘接。具体为：作为光纤的检测用FBG传感器104施加有一定的预紧力，并使用UV胶固定其两端。

其中，参见图2b、图2c所示，第二质量块2042的顶面中心位置，垂直设置有一个第一限位块2051；

第一限位块2051的高度，小于第一弹性梁206的垂直方向高度，且大于第一弹性梁2061的垂直方向高度的二分之一。

具体实现上，参见图2d所示，增敏结构203，其第二种结构形式，包括上下分布的第三质量块2043和第四质量块2044；

第三质量块2043和第四质量块2044相互平行，且横向长度相等；

第四质量块2044的顶部中间位置，垂直设置有两根第二弹性梁2062；

两根第二弹性梁2062的上部，插入到第三质量块2043的中部；

第三质量块2043的底面左右两端，分别垂直设置有一个第二限位块2052；

两根第二限位块2052，左右对称分布；

其中，参见图2d所示，检测用FBG传感器104横向水平分布，并且检测用FBG传感器104粘贴在第三质量块2043的顶部中间位置。

具体实现上，第一弹性梁2061、第二弹性梁2062可以选择不锈钢、钛合金、铝合金、铜合金、塑料等，需要蠕变小、韧性高、滞后小。

需要说明的是，对于本发明，第一限位块和第二限位块的作用，是防止在上下两个质量块在垂直方向的位移过大时，造成作为光纤的检测用FBG传感器，因为受拉力过大而断裂。

具体实现上，对于本发明，参见图2e所示，连接件202，内部中空且上下两端开口；

连接件202的顶部具有螺栓连接孔，通过该螺栓连接孔和固定螺栓，与增敏结构203相连接，例如，与第一种结构形式的增敏结构203中第二质量块2042底部相连接，或者与第二种结构形式的增敏结构203中第四质量块2044底部相连接；

连接件202的下部，具有被测对象表面匹配槽2020；

该被测对象表面匹配槽2020，用于通过胶水，粘贴在被测对象201的表面。

需要说明的是，该被测对象表面匹配槽2020的形状大小，与被测对象201上部的形状大小相对应匹配。

为了更加清楚地理解本发明，下面说明本发明测量弹性波的过程，具体如下：

弹性波在被测对象上传播时(例如通过外力击打被测对象而产生)，通过连接件202带动质量块以及弹性梁的振动，质量块的垂直位移经过弹性梁的作用，会转变为水平位移，进而拉伸或者压缩其上固定的检测用FBG传感器104(作为光纤)，进而改变检测用FBG传感器104的中心波长，从而改变检测用FBG传感器104和参考FBG传感器105光谱的重叠面积，引起进入光电探测器107的光强发生改变，最终可以由光电探测器107，将被测对象上具有的作为振动信号的弹性波，转换为光电探测信号输出。

在本发明中，具体实现上，参见图3所示，信号处理驱动模块110，具体包括一个控制模块301；

信号产生模块109，具体包括第一交流数模转换器(DAC)303、第二直流数模转换器(DAC)302、第一电压跟随器304、第二电压跟随器305、高压放大电路306、高压加法电路307和高压DC-DC电路(直流电压转换电路)308；

其中，控制模块301，分别与第一交流数模转换器(DAC)303和第二直流数模转换器(DAC)302相连接；

其中，第一交流数模转换器(DAC)303，与第一电压跟随器304相连接；

第二直流数模转换器(DAC)302，与第二电压跟随器305相连接；

第二电压跟随器305，与高压放大电路306相连接；

高压放大电路306和第一电压跟随器304，均与高压加法电路307相连接；

高压放大电路306，还与高压DC-DC电路(直流电压转换电路)308相连接；

高压DC-DC电路(直流电压转换电路)308，分别与低压电源309和高压加法电路307相连接。

在本发明中，控制模块301，用于输出第一交流电压的数字信号给第一交流数模转换器(DAC)303，以及输出第二直流电压的数字信号给第二直流数模转换器(DAC)302；

第一交流数模转换器(DAC)303，用于将控制模块301输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第一电压跟随器304；

第二直流数模转换器(DAC)302将控制模块301输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第二电压跟随器305；

第一电压跟随器304，用于将第一交流数模转换器DAC 303输入的交流电压信号进行1倍放大输出给高压加法电路307；

第二电压跟随器305，用于将第一交流数模转换器DAC 303输入的直流电压信号进行1倍放大输出给高压放大电路306；

高压放大电路306，用于将第二电压跟随器305输入的直流电压信号进行高压放大，输出给高压加法电路307；

高压加法电路307，用于将第一电压跟随器304输入的交流电压信号和高压放大电路306输入的高压直流电压做加法运算，然后将运算结果输出给压电陶瓷(PZT)106。

具体实现上，低压电源309，可以是5V的低压直流电源。

需要说明的是，对于本发明，具体实现上，控制模块301，可以是单片机或者电脑(工控机)；

第一交流数模转换器(DAC)303，是模数转换芯片，例如可以是TI或ADC公司生产的交流数模转换器。

第二直流数模转换器(DAC)302，是模数转换芯片，例如可以是TI或ADC公司生产直流数模转换器。

具体实现上，第一电压跟随器304和第二电压跟随器305，是普通的运算放大器，例如可以是OP07运算放大器。

具体实现上，高压放大电路306可以是高压放大器芯片，如Texas Instruments(TI)的公司的OPA2990高压放大器芯片。

具体实现上，高压加法电路307可以采用现有的高压放大器芯片，如TexasInstruments(TI)的公司的OPA2990高压放大器芯片。

需要说明的是，高压放大电路306和第一电压跟随器304，分成输出的直流(DirectCurrent，DC)和交流(Alternating Current，AC)信号，经高压加法电路307叠加在一起，产生AC和DC叠加信号，然后输入给压电陶瓷(PZT)106。

需要说明的是，低压电源309，经过高压DC-DC电路(直流电压转换电路)308转换为高直流电压，然后给高压放大电路306和高压加法电路307供电。

具体实现上，对于本发明，为了搜索和跟随系统的最佳工作点、保持弹性波测量的高灵敏度，具体过程如下：

固定交流AC信号的幅值和频率，然后逐渐改变直流DC信号的幅值、改变参考FBG传感器105的中心波长，利用小幅值(例如为0.5V-2V)AC信号引起与参考FBG传感器105相粘接的压电陶瓷(PZT)106振动，从而模拟弹性波的到来。保持AC信号不变，改变DC信号，采集光电探测器107输出的光电探测信号，并通过快速傅里叶变换，可以计算光电探测信号的幅值。

具体实现上，为了固定交流AC信号的幅值和频率，控制模块301给交流数模转换器303输入的数字信号的幅值不变。

具体实现上，为了逐渐改变直流DC信号的幅值，具体为：控制模块301给交流数模转换器303输入的数字信号的幅值逐渐增加。

具体实现上，为了改变参考FBG传感器105的中心波长，具体为：控制模块301，改变输出给直流数模转换器302的数字信号。

具体实现上，在采集光电探测器107输出的光电探测信号之后，可以做快速傅里叶变换，获得光电探测信号的幅值。

需要说明的是，光电探测信号的幅值，用于衡量信号的大小。

其中，光电探测器输出的光电探测信号的幅值，显示了在同等幅值应变作用下，检测用FBG传感器104和参考FBG 105的反射光谱重叠部分光强的变化量。取光电探测器107输出的光电探测信号的最大输出DC电压，为施加在压电陶瓷(PZT)106上的最佳驱动电压。

以某次搜索和跟随系统最佳工作点、保持弹性波测量的高灵敏度为例，AC信号幅值为1V、频率设置为100Hz，DC信号从0V变化到35V。观察并记录光电探测器107的输出结果，如表1所示，先变大后变小。光电探测器107的光电探测信号的最大输出幅值，对应的DC值为23V，因此，最终确定在压电陶瓷(PZT)106上施加的最佳驱动电压为23V。此时，检测用FBG传感器104和参考FBG 105的中心波长相匹配，弹性波测量灵敏度较高。

需要说明的是，关于检测用FBG传感器104和参考FBG 105，如果二者最初的中心波长不匹配、相差很远、重叠面积几乎是0，当弹性波激励传感FBG伸长缩短时，其光谱虽然左右移动，但是两个FBG的光谱的重叠面积并没有太大变化，导致输入到光电探测器107的光强没有变化，光电探测器107的输出电压没有随着弹性波的激励而改变。

表1：寻找最佳工作点的实验结果。

为了更加清楚地理解本发明的技术方案，下面说明本发明的主要功能以及工作原理。

一，本发明应用于宽频弹性波的测量，通过对连接弹性波的测量来实现。具体说明如下：

使用信号发生器和功率放大器产生激励信号，驱动粘贴在作为被测对象的铝板上的另外一个压电陶瓷(PZT，定义为激励PZT)，在铝板内产生弹性波，并使用本发明检测。

其中，信号发生器，用于产生激励信号；功率放大器，与信号发生器相连接，用于对信号发生器产生的激励信号，进行功率放大后，输出给另外一个压电陶瓷(PZT，定义为激励PZT)。

其中，激励PZT，距离检测用FBG传感器104的距离为100mm，铝板的尺寸500mm(长度)×500mm(宽度)×2mm(厚度)，检测用FBG传感器104的栅区长度为10mm，需要测试的、在被测对象的铝板上产生的弹性波的频率范围为60kHz～500kHz(属于超宽频的超声波)，采用两个PZT(具体包括压电陶瓷PZT 106，以及激励PZT)实现宽频弹性波的激励。

对于本发明，在实验中，通过信号处理驱动模块110采集到的弹性波的时域信号以及经过FFT变换得到的幅频响应，如图4a至图4r所示(其中的AMP为幅值，Time为时间)可以观察到基于本发明提供的检测系统所制备的数据采集卡，其接收到的正弦信号波形规则、频率单一、信号的信噪比高，表明了本发明的检测系统检测超宽频的弹性波的能力。

对于本发明，具体实现上，通过信号处理驱动模块110，还可以测量7kHz低频弹性波和作为被测对象的钢尺在振动产生的时域信号及其频谱图，如图5a至图5d所示，经过本发明的检测系统检测可知：钢尺上产生的作为振动信号的弹性波，主要为20Hz附近的低频动态应变，显示了本发明的检测系统对超低频振动(超低频弹性波)的探测能力。

此外，对于本发明，具体实现上，通过信号处理驱动模块110，还可以测量压力容器在泄压过程中器壁表面的应变信号(弹性波)，结果如图6所示。上述结果表明：本发明的检测系统，具有覆盖带宽(DC)500kHZ宽频带的弹性波的测量能力。

需要说明的是，压力容器(pressure vessel)，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。例如，空气压缩机、油水分离器、贮气罐、蒸发器等压力容器。

二，本发明应用于管道泄漏监测，通过对管道泄漏过程中产生的脉冲弹性波的测量来实现。具体说明如下：

为了测试本发明的弹性波检测系统的性能，设计了管道泄漏测量实验。如图7a所示，实验在一段密封的管道1上进行，管道1一端的充气嘴2可以给管道1充气加压，管道中间的阀门3可以控制泄漏的起始和泄漏量的大小。为了证明本发明的检测系统，应用于管道泄漏产生的弹性波信号的检测可行性，采用了如图2b所示的第一种结构形式的增敏结构203，以及图2d所示结构的连接件202，然后，参见图7b所示，将连接件202下部的被测对象表面匹配槽2020与横向分布的管道1的上表面相粘接(通过胶水)。

参见图8a，图8a展示了本发明的检测系统，在对管道进行检测时，采集到的泄漏引起的在管壁传播的弹性波(脉冲弹性波)信号示意图。

如果采用现有的商用加速度计，连接管道1的上表面进行弹性波的检测，参见图8b，图8b展示的是：基于现有的商用加速度计，在对管道进行检测时，采集到的由于泄漏引起的在管壁传播的弹性波信号图。

现有的商用加速度计，例如可以为美国ADC(Applied Detector Corporation)公司生产的ADC345型号的加速度计。

对比图8a、图8b可见，本发明的检测结果(弹性波信号及其时频图)与现有的商用加速度计的检测结果(弹性波信号及其时频图)，从图8a至图8b可以看出：信号从最开始的幅值很小，突然变得幅值很大，然后幅值逐渐变小，这个过程对应泄漏的突然发生和逐渐变小消失，因此，可以说明：本发明的检测系统可以有效检测到管道气体泄漏。

三，本发明应用于被测对象的撞击点监测，通过对金属撞击过程中产生的撞击弹性波的测量来实现。具体说明如下：

基于本发明提供的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，本发明还可以进一步设计如图9所示的一种撞击点定位测试系统，并搭建了定位实验系统。

参见图9所示，以作为被测对象的铝板中心为坐标原点，以横轴为X轴，以纵轴为Y轴，建立二维坐标系，其中，四个检测用FBG传感器104(如图10所示的S1至S4)的中心分别布置在A(0,200)、B(-200,0)、C(0,-200)、D(200,0)等坐标点处，单位为mm。

采用宽带光源(即宽频光源，例如超辐射发光二极管SLD)，为整个撞击点定位测试系统提供入射光，采用1×4的分光器实现光路扩增，将宽带光源的1路输出扩展为4路输出(每一路作为一套宽频弹性波检测系统中的宽频光源101)，构建4条传感支路。

每一路均包含有一个检测用FBG传感器104和一个参考FBG 105。采用NI(美国国家仪器)的数据采集卡(DAQ)，采集四路光电探测器107的输出信号，获得四路弹性波信号，然后将采集到的信号进行信号处理，基于现有的计算方法(即公知的算法)，可以计算获得波源位置。

现有的计算方法，可以参考：Ciampa F,Meo M.Acoustic emission sourcelocalization and velocity determina-tion of the fundamental mode A0usingwavelet analysis and a Newton-based opti-mization technique[J].SmartMaterials&Structures,2010,19(4):27-45。

其中，利用钢球自由落体对铝板的撞击，来产生弹性波，可以采用支架夹持一根长150mm、直径10mm的塑料管作为钢球自由落体的轨道(钢球在塑料管里面自由落体)，以保证在实验时，钢球撞击铝板产生的撞击弹性波信号基本一致。

通过应用本发明，对被测对象的撞击点的定位结果如图10所示。可以发现，利用本发明可以实现对金属物体(例如钢球)撞击金属板(例如铝板)的撞击点的定位，最大定位误差为9.59mm，误差均在10mm以内，因此，定位精度高。

在本发明中，需要说明的是，本发明的上述实施例对各器件的型号除做特殊说明的以外，其他器件的型号不做限制，只要能完成上述功能的器件均可。

与现有技术相比较，本发明提供的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，具有如下有益效果：

1、本发明可以通过改变压电陶瓷PZT的驱动电压，来改变参考FBG的中心波长，从而使两个FBG(即一个检测用FBG传感器104和一个参考FBG 105)的中心波长相匹配，保证了弹性波的检测灵敏度和很宽的工作带宽。

2、本发明解决了传统基于FBG的弹性波测量技术工作频率低、工作点无法跟踪导致灵敏度降低，甚至失效的问题。

3、本发明的检测系统，具有工作点可调节，成本低，可组阵，弹性波测量的频带宽等优点；

4、本发明的检测系统，可以实现中心波长的定量偏移，降低了对参考FBG传感器的定制参数的要求。

5、通过测试本发明的检测系统在测量连续弹性波、脉冲弹性波和撞击弹性波的性能，测试结果表明：本发明的检测系统可以检测带宽(DC)的500kHz宽频弹性波信号。

6、本发明可以将双FBG和PZT的传感解调系统，应用于金属撞击板材的检测与定位。利用粘贴在铝板上的四个FBG传感器构建多点弹性波测量网络，实现对撞击弹性波信号的多路传感。

7、本发明测量了铝板上弹性波的传播速度，可以进一步测试并选择现有公知的算法，计算波达时间差，实现了对撞击源的定位。

8、本发明利用双FBG和PZT传感解调系统，开展了泄漏检测应用，不但能检测沿管壁传播的弹性波，还能检测管道的动态压力变化。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其设计科学，能够可靠地对频带宽的弹性波(即宽频弹性波)进行测量，具有超宽频弹性波的检测能力，具有重大的实践意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

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。

2.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，信号处理驱动模块(110)，还用于对光电探测器(107)的光电探测信号进行快速傅里叶变换处理，获得弹性波具有的不同传播时间对应的振幅，然后以弹性波的传播时间为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，绘制获得弹性波的振幅随传播时间变化的时域曲线，然后对该时域曲线进行快速傅里叶变换，获得弹性波的振幅随传播频率变化的幅频特性曲线，该幅频特性曲线以弹性波的频率为横坐标，以弹性波的振幅为纵坐标，最终将该幅频特性曲线作为被测对象上产生的弹性波的波形曲线。

3.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，检测用FBG传感器(104)粘贴在增敏结构(203)上，增敏结构(203)通过固定螺栓与一个连接件(202)的上部相连接；

连接件(202)的下部，与被测对象(201)相粘接。

4.如权利要求3所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，连接件(202)，内部中空且上下两端开口；

连接件(202)的顶部具有螺栓连接孔，通过该螺栓连接孔和固定螺栓，与增敏结构(203)相连接；

连接件(202)的下部，具有被测对象表面匹配槽(2020)；

该被测对象表面匹配槽(2020)，用于通过胶水，粘贴在被测对象(201)的表面。

5.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，增敏结构(203)，其第一种结构形式，包括上下分布的第一质量块(2041)和第二质量块(2042)；

第一质量块(2041)和第二质量块(2042)相互平行设置；

第一质量块(2041)的底面左右两端，分别与一个第一弹性梁(2061)的上端相连接；

每个第一弹性梁(2061)的下端，分别与第二质量块(2042)的顶面左右两端相连接；

两个第一弹性梁(2061)，为左右对称分布；

其中，对于增敏结构(203)，每个第一弹性梁(2061)，包括上部斜梁(20611)和下部斜梁(20612)；

上部斜梁(20611)的下端和下部斜梁(20612)的上端相连接；

上部斜梁(20611)和下部斜梁(20612)之间的夹角为锐角；

其中，检测用FBG传感器(104)横向水平分布，并且检测用FBG传感器(104)的左右两端，分别与一个第一弹性梁(2061)中的上部斜梁(20611)和下部斜梁(20612)的连接处相粘接。

6.如权利要求5所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，第二质量块(2042)的顶面中心位置，垂直设置有一个第一限位块(2051)；

第一限位块(2051)的高度，小于第一弹性梁(206)的垂直方向高度，且大于第一弹性梁(2061)的垂直方向高度的二分之一。

7.如权利要求1所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，增敏结构(203)，其第二种结构形式，包括上下分布的第三质量块(2043)和第四质量块(2044)；

第三质量块(2043)和第四质量块(2044)相互平行，且横向长度相等；

第四质量块(2044)的顶部中间位置，垂直设置有两根第二弹性梁(2062)；

两根第二弹性梁(2062)的上部，插入到第三质量块(2043)的中部；

第三质量块(2043)的底面左右两端，分别垂直设置有一个第二限位块(2052)；

两根第二限位块(2052)，左右对称分布；

其中，检测用FBG传感器(104)横向水平分布，并且检测用FBG传感器(104)粘贴在第三质量块(2043)的顶部中间位置。

8.如权利要求1至7中任一项所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，信号处理驱动模块(110)，具体包括一个控制模块(301)；

信号产生模块(109)，具体包括第一交流数模转换器DAC(303)、第二直流数模转换器DAC(302)、第一电压跟随器(304)、第二电压跟随器(305)、高压放大电路(306)、高压加法电路(307)和高压DC-DC电路(308)；

其中，控制模块(301)，分别与第一交流数模转换器DAC(303)和第二直流数模转换器DAC(302)相连接；

其中，第一交流数模转换器DAC(303)，与第一电压跟随器(304)相连接；

第二直流数模转换器DAC(302)，与第二电压跟随器(305)相连接；

第二电压跟随器(305)，与高压放大电路(306)相连接；

高压放大电路(306)和第一电压跟随器(304)，均与高压加法电路(307)相连接；

高压放大电路(306)，还与高压DC-DC电路(308)相连接；

高压DC-DC电路(308)，分别与低压电源(309)和高压加法电路(307)相连接。

9.如权利要求8所述的基于光纤光栅的宽频弹性波检测系统，其特征在于，控制模块(301)，用于输出第一交流电压的数字信号给第一交流数模转换器DAC(303)，以及输出第二直流电压的数字信号给第二直流数模转换器DAC(302)；

第一交流数模转换器DAC(303)，用于将控制模块(301)输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第一电压跟随器(304)；

第二直流数模转换器DAC(302)将控制模块(301)输入的数字信号转换为交流电压信号，输入给第二电压跟随器(305)；

第一电压跟随器(304)，用于将第一交流数模转换器DAC(303)输入的交流电压信号进行1倍放大输出给高压加法电路(307)；

第二电压跟随器(305)，用于将第一交流数模转换器DAC(303)输入的直流电压信号进行1倍放大输出给高压放大电路(306)；

高压放大电路(306)，用于将第二电压跟随器(305)输入的直流电压信号进行高压放大，输出给高压加法电路(307)；

高压加法电路(307)，用于将第一电压跟随器(304)输入的交流电压信号和高压放大电路(306)输入的高压直流电压做加法运算，然后将运算结果输出给压电陶瓷PZT(106)。

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