专利名称：一种复合参数监测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无损检测技术领域，涉及光纤传感和声发射检测等方面，尤其涉及一种复合参数监测系统。
背景技术：
为了预防灾难的发生，所有的正在使用的部件都需要进行检查和适当地维护，尤其是关键部件或者部件的关键结构处，例如大型桥梁的桥架摇轴支座等关键受力位置以及原油储罐罐底板等易腐蚀处，通过检查其完整性和结构健康状况，来确保被测对象的正常运行。如何更好地进行结构健康监测己经成为当今的一个重要研究方向。目前有多种方 法供人们选择识别结构的破坏及缺陷，除了传统的目视检查，包括多种无损探测技术在内的非破坏性探测技术的发展日益受到人们的重视，例如超声扫描、漏磁检测、涡流技术、射线检查以及传统压电式声发射探测技术。提到的这几种无损检测手段中，除声发射检测方法外，其余技术都属于离线检测方法，均要求被检对象在检测任务进行时暂停服务，检测周期长而且成本较高。声发射检测技术通过接受材料结构中因裂缝扩展和塑性变形等应变的快速释放而产生的应力波声发射信号来评定材料性能或结构完整性，该技术作为一种在线检测手段，是传感探测技术的新发展，相对于其余几种离线检测技术有较大的应用优势。但是声发射检测技术也有不足之处，例如声发射传感器是基于压电效应的，其工作原理是电荷的传输，这导致声发射传感器在电磁环境下抗干扰能力不强，在强电磁环境下难以得到实际应用，另外，在大型结构监测及完整性评估中，较长的信号电缆往往会造成信号的衰减并引入噪声干扰，采用同轴屏蔽电缆可以减少噪声的引入，但是长达数百米电缆的布放回收工作对现场检测人员也是个较大的负担。光纤传感技术以光波为载体，光纤为媒质，感知并传输外界被测量信号，是伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展的新型传感技术，具有一系列其他载体和媒质难以相比的独特优势，例如体小质轻、抗电磁干扰和抗辐射性好，特别适合在强电磁干扰、易燃、易爆和空间狭小等恶劣环境下使用，同时光纤是一种优良的低损耗传输线，适合信号的远距离传感与传输。I)中国专利CN1818625A，
公开日2006年8月16日，公开的一种光纤光栅声发射和温度传感器，描述了一种基于光纤光栅的新型传感器的应用思路。2)中国专利CN102313779A，
公开日2012年I月11日，公开的一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号传感系统较为详细地提出了基于这种思路的传感系统的搭建。3)中国专利CN101813238A，
公开日2010年8月25日公开的一种Sagnac/Mach-Zehnder干涉仪分布光纤传感系统及其时域定位方法。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足第I)和2)两个专利所描述的光纤光栅传感器都要求解调系统有较高的解调频率，然而通过相关实践发现，目前的技术水平是难以保证光栅传感器正常工作所要求的数百kHz甚至上兆Hz的解调频率，该光纤光栅传感器虽然理论上可行却难以实现。
第3)专利仅能实现对扰动的传感，而无法通过对温度、应变等外界参数的综合测量实现对被测对象的完整性分析。
发明内容
本发明提供了一种复合参数监测系统，本发明通过对温度、应变等外界参数的综合测量实现对被测对象的完整性分析，详见下文描述一种复合参数监测系统，所述复合参数监测系统包括可调谐光源、光纤隔离器、复合参数传感单元、复合参数解调单元和上位机，所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器传输至所述复合参数传感单元，通过外界温度和应变的变化对所述复合参数传感单元中的特征布拉格波长进行调制；根据 被测量处的声发射信号状况对入射光的光强进行调制，获取调制后光信号；所述复合参数解调单元通过调制后的特征布拉格波长进行解调，获取外界温度状况和应变状况；对所述调制后光信号进行解调，获取声发射信号的强弱以及频率；通过所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。所述复合参数传感单元和所述复合参数解调单元之间通过光纤连接。所述光纤具体为SMF_28型单模光纤。当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为反射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机，其中，所述复合参数传感单元包括光纤环形器、布拉格光栅传感单元和马赫-曾德干涉型声发射传感单元，所述复合参数解调单元包括反射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元；所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器，按照所述光纤环形器的端口顺序到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长通过所述光纤环形器传导至所述反射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调所述特征布拉格波长的变化得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述反射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；透过所述布拉格光栅传感单元的其余光谱为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，声发射信号调制所述入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。所述光纤环形器具体为插入损耗< 0. 7dB,回波损耗彡60dB。当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机，其中，所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元和马赫-曾德干涉型声发射传感单元，所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元；所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器后直接到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长通过所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元传导至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调所述特征布拉格波长得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；透过所述布拉格光栅传感单元的其余光谱为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。
当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机，其中,所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元、马赫-曾德干涉型声发射传感单元和耦合器，所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元；所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器和所述耦合器后直接分为第一路光束和第二路光束；所述第一路光束到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长传导至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调特征布拉格波长的变化得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；所述第二路光束为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机，其中,所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元、马赫-曾德干涉型声发射传感单元和耦合器，所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元；所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器、所述布拉格光栅传感单元和所述耦合器后分成第三路光束和第四路光束，所述第三路光束中的特征布拉格波长通过所述耦合器传输至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调特征布拉格波长的变化得到外界温度状况和应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；所述第四路光束为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。所述马赫-曾德声发射光强解调单元具体包括光电探测器和数据采集卡，所述光电探测器获取所述光强信号，将所述光强信号转换为所述电信号，并通过所述数据采集卡将所述电信号传输至所述上位机。所述耦合器具体为I X 2型耦合器。
本发明提供的技术方案的有益效果是本发明提供了一种复合参数监测系统，该系统采用马赫-曾德干涉型声发射传感单元检测与被测物体贴合后的耦合部分的声发射信号，适合用于嵌入式结构监测和完整性评估；该马赫-曾德干涉型声发射传感单元与光纤Bragg光栅传感器串接或并接，易于实现分布式检测；通过实验验证，本系统的抗电磁干扰能力强，实现了远距离传输。
图I为本发明提供的一种复合参数监测系统的结构示意图；图2为本发明提供的一种复合参数监测系统中的复合参数解调单元为反射型解调单元时的结构示意图；图3为本发明提供的一种复合参数监测系统的复合参数解调单元为透射型解调单元时的结构示意图；图4为本发明提供的一种复合参数监测系统的复合参数解调单元为透射型解调单元时的另一结构示意图；图5为本发明提供的一种复合参数监测系统的复合参数解调单元为透射型解调单元时的另一结构示意图；图6为本发明提供的马赫-曾德声发射光强解调单元和上位机之间的连接关系示意图；图7为本发明提供的典型的突发型声发射信号波形图；图8为本发明提供的强电磁干扰环境下压电式声发射传感器所测声发射波形图；图9为本发明提供的强电磁干扰环境下马赫-曾德干涉型声发射传感单元所测声发射波形图。附图中，各标号所代表的部件列表如下I :可调谐光源；2 :光纤隔离器；3 :复合参数传感单元；4 :复合参数解调单元；5 :上位机；31 :光纤环形器；32 :布拉格光栅传感单元；34 :耦合器41 :反射型布拉格光栅波长解调单元； 421 :光电探测器；42 :马赫-曾德声发射光强解调单元； 422 :数据采集卡；43 :透射型布拉格光栅波长解调单元；33 :马赫-曾德干涉型声发射传感单元。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为了实现对被测对象的完整性评估，本发明实施例提供了一种复合参数监测系统，参见图I、图2、图3、图4、图5和图6，详见下文描述本发明实施例提供的一种复合参数监测系统是基于光纤传感原理而设计的，当关键结构或部件的关键部位受到一定应力时，必然会产生大量的声发射信号和一定的应变，本系统同时监测被测量处的温度、应变和声发射信号等参数，通过综合分析各个参数对关键部位当前的工作状态进行评估，本系统是传统压电式声发射技术与光纤传感技术的结合，能够实现多个重要参数的同时测量。一种复合参数监测系统，参见图1，包括可调谐光源I、光纤隔离器2、复合参数传感单元3、复合参数解调单元4和上位机5,可调谐光源I发出的光束经过光纤隔离器2传输至复合参数传感单元3，通过外界温度和应变的变化对复合参数传感单元3中的特征布拉格波长进行调制；根据被测量处的声发射信号状况对入射光的光强进行调制，获取调制后光信号；复合参数解调单元4通过调制后的特征布拉格波长进行解调，获取外界温度状况和应变状况；对调制后光信号进行解调，获取声发射信号的强弱以及频率；通过上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。其中，外界温度和应变的变化具体包括外界温度的升高或者降低；应变是拉伸应变还是压缩应变。 其中，上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况具体包括预先设定合理温度参数、与应变有关的特征布拉格波长、声发射信号的幅值以及频率参数，上位机5对外界温度状况和合理温度参数进行分析；对应变状况和与应变有关的特征布拉格波长进行分析；对声发射信号的强弱和声发射信号的幅值进行分析；对声发射信号的频率和频率参数进行分析，获取被测物体结构完整性状况。其中，被测量处具体为复合参数传感单元3通过结构粘合剂与被测物体的耦合部分。其中，结构粘合剂通常为热固性环氧树脂，例如丁基苯酚、丙烯酸聚酞亚胺、丁睛酚醛树脂或芳香族聚酞胺粘贴在被测物体结构上，这样复合参数传感单元3与声发射信号之间有较好的耦合效果，可以实现良好的声发射信号传感效果。其中，通过光纤隔离器2消除了反射回可调谐光源I的光谱，提高光源输出光谱的稳定性。进一步地，为了满足远距离传感的需要，复合参数传感单元3和复合参数解调单元4之间通过光纤连接。其中，光纤的长度根据实际应用中的需要进行设定，具体实现时，本发明实施例对此不做限制。根据现场光路条件和布拉格光栅波长解调单元4的不同，本发明实施例提出了几种不同结构的复合参数监测系统，具体实施时可依据不同的光纤结构和条件选择适合的实施例方案。进一步地，为了保证信号传输的可靠性，针对本系统的光信号波长范围，本发明实施例中的光纤优选为SMF-28型单模光纤，该型光纤具有低色散、高可靠、低损耗和高容量等特点，能够较好地满足本系统的要求。实施例I当复合参数监测系统中的复合参数解调单元4为反射型解调单元时,参见图2,该复合参数监测系统包括可调谐光源I、光纤隔离器2、上位机5，其中，复合参数传感单元3包括光纤环形器31、布拉格光栅传感单元32和马赫-曾德干涉型声发射传感单元33，复合参数解调单元4包括反射型布拉格光栅波长解调单元41和马赫-曾德声发射光强解调单元42 ；可调谐光源I发出的光束经过光纤隔离器2，按照光纤环形器31的端口顺序到达布拉格光栅传感单兀32,布拉格光栅传感单兀32的特征布拉格波长通过光纤环形器31传导至反射型布拉格光栅波长解调单元41，通过解调特征布拉格波长的变化得到外界温度状况和应变状况；反射型布拉格光栅波长解调单元41将外界温度状况和应变状况传输至上位机5 ;透过布拉格光栅传感单元32的其余光谱为马赫-曾德干涉型声发射传感单元33提供入射光，声发射信号调制入射 光，改变入射光的光强，马赫-曾德声发射光强解调单元42获取光强信号，将光强信号转换为电信号，并将电信号传输至上位机5 ;上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。其中，光纤环形器31是一种多端口输入输出的非互易性器件，它的作用是使光信号只能沿着规定的端口顺序传输，这种非互易特性是利用磁光材料的法拉第效应实现的。进一步地，为了更好的将特征布拉格波长通过光纤环形器31传导至反射型布拉格光栅波长解调单元41，本发明实施例中的光纤环形器31优选为插入损耗<0. 7dB，回波损耗> 60dB，该光纤环形器31具有高隔离度、低插入损耗等特点。实施例2当复合参数监测系统中的复合参数解调单元4为透射型解调单元时，参见图3，该复合参数监测系统包括可调谐光源I、光纤隔离器2、上位机5，其中，复合参数传感单元3包括布拉格光栅传感单元32和马赫-曾德干涉型声发射传感单元33,复合参数解调单元4包括透射型布拉格光栅波长解调单元43和马赫-曾德声发射光强解调单元42 ；可调谐光源I发出的光束经过光纤隔离器2后直接到达布拉格光栅传感单元32，该布拉格光栅传感单元32的特征布拉格波长通过马赫-曾德干涉型声发射传感单元33传导至透射型布拉格光栅波长解调单元43，通过解调特征布拉格波长得到外界温度状况和应变状况；透射型布拉格光栅波长解调单元43将外界温度状况和应变状况传输至上位机5 ；透过布拉格光栅传感单元32的其余光谱为马赫-曾德干涉型声发射传感单元33提供入射光，改变入射光的光强，马赫-曾德声发射光强解调单元42获取光强信号，将光强信号转换为电信号，并将电信号传输至上位机5 ;上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。实施例3当复合参数监测系统中的复合参数解调单元4为透射型解调单元时,参见图4,该复合参数监测系统包括可调谐光源I、光纤隔离器2、上位机5，其中，复合参数传感单元3包括布拉格光栅传感单兀32、马赫-曾德干涉型声发射传感单兀33和稱合器34,复合参数解调单元4包括透射型布拉格光栅波长解调单元43和马赫-曾德声发射光强解调单元42 ；可调谐光源I发出的光束经过光纤隔离器2和耦合器34后直接分为第一路光束和第二路光束；第一路光束到达布拉格光栅传感单兀32,该布拉格光栅传感单兀32的特征布拉格波长传导至透射型布拉格光栅波长解调单元43，通过解调特征布拉格波长的变化得到外界温度状况和应变状况；透射型布拉格光栅波长解调单元43将外界温度状况和应变状况传输至上位机5 ;第二路光束为马赫-曾德干涉型声发射传感单元33提供入射光，改变入射光的光强，马赫-曾德声发射光强解调单元42获取光强信号，将光强信号转换为电信号，并将电信号传输至上位机5 ;上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。实施例4当复合参数监测系统中的复合参数解调单元4为透射型解调单元时,参见图5,该复合参数监测系统包括可调谐光源I、光纤隔离器2、上位机5，其中，复合参数传感单元3包括布拉格光栅传感单兀32、马赫-曾德干涉型声发射传感单兀33和稱合器34,复合参数解调单元4包括透射型布拉格光栅波长解调单元43和马赫-曾德声发射光强解调单元42 ；可调谐光源I发出的光束经过光纤隔离器2、布拉格光栅传感单元32和耦合器34后分成第三路光束和第四路光束，第三路光束中的特征布拉格波长通过耦合器34传输至透射型布拉格光栅波长解调单元43，通过解调特征布拉格波长的变化得到外界温度状况和应变状况；透射型布拉格光栅波长解调单元43将外界温度状况和应变状况传输至上位机 5 ;第四路光束为马赫-曾德干涉型声发射传感单元33提供入射光，改变入射光的光强，马赫-曾德声发射光强解调单元42获取光强信号，将光强信号转换为电信号，并将电信号传输至上位机5 ;上位机5对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。其中，参见图6，实施例1、2、3和4中的马赫-曾德声发射光强解调单元42具体包括光电探测器421和数据采集卡422，光电探测器421获取光强信号，将光强信号转换为电信号，并通过数据采集卡422将电信号传输至上位机5。进一步地，为了更好满足入射光功率的需要，实施例3和4中的耦合器34优选为1X2型耦合器，可调谐光源I的出射光经1X2型耦合器后按照50:50的功率比分为两路光。光栅本身米用紫外激光相位掩膜工艺制成，中心波长1550nm,光栅长度小于14mm, FffHM (光束脉冲半高宽度)小于0. 3nm,反射率大于80%，光栅温度及应变系数转换系数10pm/°C，转换系数I. 2pm/u e，光栅中心波长测试环境恒温车间20°C。由于温度和应力均可造成特征布拉格波长的改变，因此在实际使用时可根据检测要求选择布拉格光栅传感单元32的温度补偿方案来获得更加准确的应变检测结果，或是对应变和温度双参数值进行同时测量。布拉格光栅传感单元32采用波长解调方式，从本质上排除了光强起伏引起的干扰，抗干扰能力强，可以实现远距离信号传输。而且由于温度和应变都属于缓变信号，因此对布拉格光栅传感单元32的解调频率要求也不高，在实际应用中是完全可以实现的。由于布拉格光栅传感单元32和马赫-曾德干涉型声发射传感单元33分别基于光信号的波长调制和强度调制，因此两个传感单元不会相互冲突，可以实现外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率的同时测量。可调谐光源I的作用是为系统的正常工作提供可靠稳定的光谱，选用的可调谐光源I的光谱能够覆盖布拉格光栅传感单元32的波长变化范围，更好地测量关键部位的温度和应变的变化状况，又能保证光谱在一个较窄的频带范围内，有利于马赫-曾德干涉型声发射传感单元33的正常工作。
马赫-曾德声发射光强解调单元42体积较小，灵敏度很高，特别适合较小空间范围内的声发射信号检测。光电探测器421的探测波长范围为80(Tl700nm，最大峰值功率为70mW，最小上升时间和下降时间均为100皮秒。下面以一个具体的试验来验证本发明实施例提供的一种复合参数监测系统的可行性，首先搭建Hsu-Nielsen断铅标准实验系统，并放置两台电磁炉并控制电磁炉的开关来模拟强电磁干扰环境。众所周知，参见图7，Hsu-Nielsen断铅标准实验产生的声发射信 号类型为突发型声发射信号。在强电磁干扰环境下进行断铅实验，分别得到压电式声发射传感器和马赫-曾德干涉型声发射传感单元33的信号传感效果如图8和9所示，通过与图7所示的典型的突发型声发射信号波形对比可知，强电磁环境大大增加了压电式声发射传感器的背景噪声，并严重干扰了信号的实际传感效果；而马赫-曾德干涉型声发射传感单元33所获得的声发射信号信噪比较好，且符合典型的突发型声发射信号波形。该试验说明基于光纤传感机理的马赫-曾德干涉型声发射传感单元33对强电磁环境的抗干扰能力较强，能够大大拓展声发射技术的应用范围。综上所述，本发明实施例提供了一种复合参数监测系统，该系统采用马赫-曾德干涉型声发射传感单元检测与被测物体贴合后的耦合部分的声发射信号，适合用于嵌入式结构监测和完整性评估；该马赫-曾德干涉型声发射传感单元与光纤Bragg光栅传感器串接或并接，易于实现分布式检测；通过实验验证，本系统的抗电磁干扰能力强，实现了远距离传输。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种复合参数监测系统，其特征在于，所述复合参数监测系统包括可调谐光源、光纤隔离器、复合参数传感单元、复合参数解调单元和上位机， 所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器传输至所述复合参数传感单元，通过外界温度和应变的变化对所述复合参数传感单元中的特征布拉格波长进行调制；根据被测量处的声发射信号状况对入射光的光强进行调制，获取调制后光信号；所述复合参数解调单元通过调制后的特征布拉格波长进行解调，获取外界温度状况和应变状况；对所述调制后光信号进行解调，获取声发射信号的强弱以及频率；通过所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。
2.根据权利要求I所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，所述复合参数传感单元和所述复合参数解调单元之间通过光纤连接。
3.根据权利要求2所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，所述光纤具体为SMF-28型单模光纤。
4.根据权利要求I所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为反射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机， 其中，所述复合参数传感单元包括光纤环形器、布拉格光栅传感单元和马赫-曾德干涉型声发射传感单元，所述复合参数解调单元包括反射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元； 所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器，按照所述光纤环形器的端口顺序到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长通过所述光纤环形器传导至所述反射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调所述特征布拉格波长的变化得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述反射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；透过所述布拉格光栅传感单元的其余光谱为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，声发射信号调制所述入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。
5.根据权利要求4所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，所述光纤环形器具体为插入损耗< 0. 7dB,回波损耗> 60dB。
6.根据权利要求I所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机， 其中，所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元和马赫-曾德干涉型声发射传感单元,所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元； 所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器后直接到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长通过所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元传导至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调所述特征布拉格波长得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；透过所述布拉格光栅传感单元的其余光谱为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。
7.根据权利要求I所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机， 其中，所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元、马赫-曾德干涉型声发射传感单元和耦合器，所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元； 所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器和所述耦合器后直接分为第一路光束和第二路光束；所述第一路光束到达所述布拉格光栅传感单元，所述布拉格光栅传感单元的特征布拉格波长传导至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调特征布拉格波长的变化得到所述外界温度状况和所述应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；所述第二路光束为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。
8.根据权利要求I所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，当所述复合参数监测系统中的所述复合参数解调单元为透射型解调单元时，所述复合参数监测系统包括所述可调谐光源、所述光纤隔离器、所述上位机， 其中，所述复合参数传感单元包括布拉格光栅传感单元、马赫-曾德干涉型声发射传感单元和耦合器，所述复合参数解调单元包括透射型布拉格光栅波长解调单元和马赫-曾德声发射光强解调单元； 所述可调谐光源发出的光束经过所述光纤隔离器、所述布拉格光栅传感单元和所述耦合器后分成第三路光束和第四路光束，所述第三路光束中的特征布拉格波长通过所述耦合器传输至所述透射型布拉格光栅波长解调单元，通过解调特征布拉格波长的变化得到外界温度状况和应变状况；所述透射型布拉格光栅波长解调单元将所述外界温度状况和所述应变状况传输至所述上位机；所述第四路光束为所述马赫-曾德干涉型声发射传感单元提供入射光，改变所述入射光的光强，所述马赫-曾德声发射光强解调单元获取光强信号，将所述光强信号转换为电信号，并将所述电信号传输至所述上位机；所述上位机对所述外界温度状况、所述应变状况、所述声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取所述被测物体结构完整性状况。
9.根据权利要求4或6或7或8所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，所述马赫-曾德声发射光强解调单元具体包括光电探测器和数据采集卡， 所述光电探测器获取所述光强信号，将所述光强信号转换为所述电信号，并通过所述数据采集卡将所述电信号传输至所述上位机。
10.根据权利要求7或8所述的一种复合参数监测系统，其特征在于，所述耦合器具体为1X2型耦合器。
全文摘要
本发明公开了一种复合参数监测系统，涉及无损检测技术领域，可调谐光源发出的光束经过光纤隔离器传输至复合参数传感单元，通过外界温度和应变的变化对复合参数传感单元中的特征布拉格波长进行调制；根据被测量处的声发射信号状况对入射光的光强进行调制，获取调制后光信号；复合参数解调单元通过调制后的特征布拉格波长进行解调，获取外界温度状况和应变状况；对调制后光信号进行解调，获取声发射信号的强弱以及频率；通过上位机对外界温度状况、应变状况、声发射信号的强弱以及频率进行分析，获取被测物体结构完整性状况。该系统易于实现分布式检测；通过实验验证，抗电磁干扰能力强，实现了远距离传输；适合用于嵌入式结构监测和完整性评估。
文档编号G01D21/02GK102680263SQ201210156240
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者安阳, 封皓, 张涛, 曾周末, 靳世久 申请人:天津大学