四通道fbg超聲檢測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，尤其是針對建筑物的長距離監(jiān)測，屬于超聲無損檢測與評價領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]建筑物如橋梁、高層建筑、大跨度空間結(jié)構(gòu)、水壩等，一般體積巨大且使用年限較長，其安全監(jiān)測一直是國內(nèi)外工程領(lǐng)域廣泛關(guān)注的重要研宄課題。建筑物的使用會產(chǎn)生應(yīng)變，應(yīng)變長期積累超過允許的拉應(yīng)變值會產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生裂縫同時會激發(fā)出超聲波，超聲波有表面波、縱波和橫波等多種波型。裂縫激發(fā)出的超聲波中縱波能引起FBG光柵反射率的較大變化，靈敏度較高。分布式FBG光柵檢測建筑物的裂縫超聲波克服了常規(guī)電測電傳法的壽命短、抗電磁干擾差、受環(huán)境影響大等弊端。到目前為止還未有應(yīng)用于建筑物的基于FBG光柵技術(shù)的長距離超聲檢測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型提供了一種基于FBG光柵技術(shù)的四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)。
[0004]本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，它包括四個中心波長不同的分布反饋式激光器(Laser)，與分布反饋式激光器通過光纖相連接的是1X4光纖親合器；I X4光纖親合器輸出信號至第一 1X2光纖親合器；C波段ASE光源輸出信號至第一 1X2光纖親合器親合比小的一端；第一 1X2親合器輸出信號至光纖環(huán)形器，光纖環(huán)形器公共端與光敏光纖連接，光敏光纖上刻寫有四個中心波長不同的FBG光柵，四個FBG光柵的波長與四個分布反饋式激光器的波長對應(yīng)；光纖環(huán)形器輸出端經(jīng)第二1X2光纖親合器輸出信號至四通道光纖波分復(fù)用器(Dense Wavelenth Divis1n Multiplexing，DWDM)，光譜分析儀接第二 1X2光纖耦合器耦合比小的一端；四通道光纖波分復(fù)用器輸出信號至四個光電探測器(Photodetector，H))，光電探測器的電信號輸出端通過BNC (卡扣配合型連接器，Bayonet Nut Connector)三通分別與示波器和四路PID控制電路連接；四路PID控制電路與四個分布反饋式激光器連接反饋調(diào)整信號實(shí)現(xiàn)基于FBG的四通道超聲檢測功能。
[0005]本方案的具體特點(diǎn)還有，所述的分布反饋式激光器發(fā)射的連續(xù)激光能量為20 mff,波長分別為 1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm 和 1554.94 nm。
[0006]四個FBG光柵(光纖布拉格光柵，F(xiàn)ibre Bragg Grating)相互串聯(lián)，且FBG光柵反射的波長隨被測對象超聲波的振動而變化。
[0007]四路PID 控制電路(比例-積分-微分，Proport1nal-1ntegral-derivative)用于反饋調(diào)節(jié)連續(xù)激光器的輸出波長，目的是使激光器輸出的波長與相應(yīng)FBG的反射波長相對位置不變，從而實(shí)現(xiàn)低頻鎖定。
[0008]C 波段(波長范圍 1528-1561 nm)ASE (Amplified Spontaneous Emiss1n)光源、不波器(Oscilloscope)和光譜分析儀(Optical Spectrum Analyzer，OSA)，四個中心波長不同的分布反饋式激光器，是可調(diào)波長半導(dǎo)體激光器，用于為四個檢測通道提供連續(xù)光。C波段ASE光源和光譜分析儀在系統(tǒng)調(diào)試完畢后可拆除，整個檢測系統(tǒng)輕便。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:四個不同波長的FBG光柵是檢測信號的傳感器，F(xiàn)BG光柵波長對應(yīng)于可調(diào)激光器波長。根據(jù)檢測需要，四個FBG光柵可以串聯(lián)的刻寫在光敏光纖上，根據(jù)被測物的形狀確定四個FBG光柵的刻寫位置。載有四個FBG光柵的光敏光纖接入在光纖環(huán)形器的公共端，當(dāng)被測物出現(xiàn)裂紋時，超聲波引起FBG光柵反射率變化，引起光電探測器輸出信號變化，從而在示波器上顯示檢測到的超聲波。
【附圖說明】
[0010]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0011]圖1是四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)原理框圖。圖2是四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)封裝布局圖。圖3是四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)操作面板接口圖。圖4是四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)外部儀器連接圖。圖5是FBG光柵建筑物安裝示意圖。
[0012]圖中:1-分布反饋式激光器，2-光纖盤線盒，3-光電探測器，4-四路PID控制電路，5-光纖波分復(fù)用器，6-開關(guān)電源，7-電源開關(guān)，8-示波器接口，9-光譜分析儀接口，1-C波段ASE光源接口，Il-FBG光柵接口，12-示波器，13-光譜分析儀，14-FBG光柵，15-C波段ASE光源，16-四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)封裝儀器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]如圖1所示，一種四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，它包括四個中心波長不同的分布反饋式激光器，與分布反饋式激光器通過光纖相連接的是1X4光纖耦合器；1X4光纖耦合器輸出信號至第一 I X2光纖親合器；C波段ASE光源輸出信號至第一 1X2光纖親合器的親合比小的一端；第一 1X2耦合器輸出信號至光纖環(huán)形器，光纖環(huán)形器公共端與光敏光纖連接，光敏光纖上刻寫有四個中心波長不同的FBG光柵，四個FBG光柵的波長與四個分布反饋式激光器的波長對應(yīng)；光纖環(huán)形器輸出端經(jīng)第二 1X2光纖親合器輸出信號至四通道光纖波分復(fù)用器，光譜分析儀接第二 1X2光纖耦合器耦合比小的一端；四通道光纖波分復(fù)用器輸出信號至四個光電探測器，光電探測器的電信號輸出端通過BNC三通分別與示波器和四路PID控制電路連接；四路PID控制電路與四個分布反饋式激光器連接反饋調(diào)整信號實(shí)現(xiàn)基于FBG的四通道超聲檢測功能。
[0014]當(dāng)建筑物出現(xiàn)裂紋激發(fā)出超聲波，使得粘結(jié)在建筑物墻面的FBG光柵反射率發(fā)生較大變化，這種變化傳遞到光電探測器并相應(yīng)的發(fā)生變化，光電探測器將變化的電信號分別傳輸?shù)绞静ㄆ骱蚉ID控制電路，PID控制電路反饋調(diào)節(jié)激光器激光輸出波長，穩(wěn)定系統(tǒng)，示波器顯示檢測到超聲波信號。
[0015]所述分布反饋式激光器發(fā)射的連續(xù)激光能量為20 mW，波長分別為1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm 和 1554.94 nm。分布反饋式激光器，型號分別為奧康公司W(wǎng)SLS-928013C1424-45，輸出波長1554.94±0.1 nm，輸出光功率為 20 mff ；WSLS-934013C1424-45,輸出波長 1550.12±0.1 nm，輸出光功率為 20mff ； WSLS-940013C1424-45,輸出波長 1545.32±0.I nm，輸出光功率為 20 mff ；WSLS-946013C1424-45，輸出波長 1540.56±0.I nm，輸出光功率為 20 mffo
[0016]所述光纖波分復(fù)用器型號為北京萬兆波分公司四通道DWDM模塊，四路通道對應(yīng)的波長分別為 1554.94±0.11 nm，1550.12±0.11 nm，1545.32±0.11 nm，1540.56±0.11nmD
[0017]所述光電探測器是指型號Thorlabs公司DET10C/M，寬帶直流耦合輸出，帶寬700-1800 nm，上升時間10 ns，工作區(qū)0.8 mm2, NEP (噪聲等效功率)較好。
[0018]所述C波段ASE光源是指型號上海瀚宇公司的VASP-Er-C-B-200-l，臺式保偏寬帶光源，單通道，帶寬范圍1528-1561 nm，光譜平坦度彡7 dB，輸出功率可調(diào)范圍0_100%，輸出功率彡200 mW。
[0019]所述光譜分析儀是指型號Y0K0GAWA公司AQ6370，示波器是指型號安捷倫公司的MS07054B。1X2耦合器分束比例為10:90。
[0020]所述四路PID控制電路，分別對每路PID控制電路進(jìn)行P調(diào)節(jié)，調(diào)整對應(yīng)的分布反饋式激光器輸出波長，使對應(yīng)的分布反饋式激光器峰值位于C波段ASE光源反射光譜峰值的_3dB處。
[0021]所述四個FBG光柵14刻寫在同一條光敏光纖上，相互串聯(lián)。圖5所示為FBG光柵14在建筑物上的安裝方式，選擇硬墻面，選用環(huán)氧樹脂膠或者502膠水粘結(jié)在硬墻面上，四個FBG光柵14分別粘結(jié)在建筑物四面。
[0022]圖2和圖3所示為封裝的四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，包括一個開光電源6供電；四個中心波長不同激光器I ;光纖盤線盒2，光纖盤線盒2中固定有一個1X4光纖耦合器，兩個1X2光纖耦合器；一個光纖波分復(fù)用器5 ;四個光電探測器4 ;在儀器操作面板接口有四個示波器接口 8，一個光譜分析儀接口 9，一個C波段ASE光源接口 10，一個FBG光柵接口
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[0023]圖4和圖5所示，在檢測系統(tǒng)封裝儀器16操作面板中，粘結(jié)在建筑物四面的FBG光柵14接FBG光柵接口 11，C波段ASE光源15的輸出端通過光纖接C波段ASE光源接口10，光譜分析儀13信號輸入端通過光纖接光譜分析儀接口 9，示波器12四個通道通過BNC同軸線纜接四個示波器接口 8，如是，搭建起一種基于FBG光柵技術(shù)四通道超聲檢測系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，它包括四個中心波長不同的分布反饋式激光器，與分布反饋式激光器通過光纖相連接的是1X4光纖耦合器；1X4光纖耦合器輸出信號至第一 1X2光纖親合器；C波段ASE光源輸出信號至第一 1X2光纖親合器親合比小的一端；第一 I X 2耦合器輸出信號至光纖環(huán)形器，光纖環(huán)形器是三端口型，光纖環(huán)形器公共端與光敏光纖連接，光敏光纖上刻寫有四個中心波長不同的FBG光柵，四個FBG光柵的波長與四個分布反饋式激光器的波長 對應(yīng)；光纖環(huán)形器輸出端經(jīng)第二 1X2光纖親合器輸出信號至四通道光纖波分復(fù)用器，光譜分析儀接第二 1X2光纖耦合器耦合比小的一端；四通道光纖波分復(fù)用器輸出信號至四個光電探測器，光電探測器的電信號輸出端通過BNC三通分別與示波器和四路PID控制電路連接；四路PID控制電路與四個分布反饋式激光器連接反饋調(diào)整信號實(shí)現(xiàn)基于FBG的四通道超聲檢測功能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，其特征是所述的分布反饋式激光器發(fā)射的連續(xù)激光能量為20 mW，波長分別為1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm和1554.94 nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，其特征是4個FBG光柵相互串聯(lián)。
【專利摘要】一種四通道FBG超聲檢測系統(tǒng)，它包括四個中心波長不同的分布反饋式激光器，與分布反饋式激光器通過光纖相連接的是1×4光纖耦合器；1×4光纖耦合器輸出信號至第一1×2光纖耦合器；C波段ASE光源輸出信號至第一1×2光纖耦合器耦合比小的一端；第一1×2耦合器輸出信號至光纖環(huán)形器，光纖環(huán)形器公共端與一段刻寫有四個中心波長不同的FBG光柵的光纖連接，四個FBG光柵的波長與四個分布反饋式激光器的波長一一對應(yīng)；光纖環(huán)形器輸出端經(jīng)第二1×2光纖耦合器輸出信號至四通道光纖波分復(fù)用器，光譜分析儀接第二1×2光纖耦合器耦合比小的一端；四通道光纖波分復(fù)用器輸出信號至四個光電探測器，光電探測器的電信號輸出端通過BNC三通分別與示波器和四路PID控制電路連接；四路PID控制電路與四個分布反饋式激光器連接反饋調(diào)整信號實(shí)現(xiàn)基于FBG的四通道超聲檢測功能。
【IPC分類】G01H9-00, G01N29-14
【公開號】CN204287119
【申請?zhí)枴緾N201420751355
【發(fā)明人】劉帥, 宋江峰, 陳建偉, 趙楊, 馬健, 張振振
【申請人】山東省科學(xué)院激光研究所
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月4日