四通道fbg超声检测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种四通道FBG超声检测系统，尤其是针对建筑物的长距离监测，属于超声无损检测与评价领域。
【背景技术】
[0002]建筑物如桥梁、高层建筑、大跨度空间结构、水坝等，一般体积巨大且使用年限较长，其安全监测一直是国内外工程领域广泛关注的重要研宄课题。建筑物的使用会产生应变，应变长期积累超过允许的拉应变值会产生裂缝，产生裂缝同时会激发出超声波，超声波有表面波、纵波和横波等多种波型。裂缝激发出的超声波中纵波能引起FBG光栅反射率的较大变化，灵敏度较高。分布式FBG光栅检测建筑物的裂缝超声波克服了常规电测电传法的寿命短、抗电磁干扰差、受环境影响大等弊端。到目前为止还未有应用于建筑物的基于FBG光栅技术的长距离超声检测系统。
【发明内容】
[0003]本实用新型提供了一种基于FBG光栅技术的四通道FBG超声检测系统。
[0004]本实用新型所采用的技术方案是:一种四通道FBG超声检测系统，它包括四个中心波长不同的分布反馈式激光器(Laser)，与分布反馈式激光器通过光纤相连接的是1X4光纤親合器；I X4光纤親合器输出信号至第一 1X2光纤親合器；C波段ASE光源输出信号至第一 1X2光纤親合器親合比小的一端；第一 1X2親合器输出信号至光纤环形器，光纤环形器公共端与光敏光纤连接，光敏光纤上刻写有四个中心波长不同的FBG光栅，四个FBG光栅的波长与四个分布反馈式激光器的波长对应；光纤环形器输出端经第二1X2光纤親合器输出信号至四通道光纤波分复用器(Dense Wavelenth Divis1n Multiplexing，DWDM)，光谱分析仪接第二 1X2光纤耦合器耦合比小的一端；四通道光纤波分复用器输出信号至四个光电探测器(Photodetector，H))，光电探测器的电信号输出端通过BNC (卡扣配合型连接器，Bayonet Nut Connector)三通分别与示波器和四路PID控制电路连接；四路PID控制电路与四个分布反馈式激光器连接反馈调整信号实现基于FBG的四通道超声检测功能。
[0005]本方案的具体特点还有，所述的分布反馈式激光器发射的连续激光能量为20 mff,波长分别为 1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm 和 1554.94 nm。
[0006]四个FBG光栅(光纤布拉格光栅，Fibre Bragg Grating)相互串联，且FBG光栅反射的波长随被测对象超声波的振动而变化。
[0007]四路PID 控制电路(比例-积分-微分，Proport1nal-1ntegral-derivative)用于反馈调节连续激光器的输出波长，目的是使激光器输出的波长与相应FBG的反射波长相对位置不变，从而实现低频锁定。
[0008]C 波段(波长范围 1528-1561 nm)ASE (Amplified Spontaneous Emiss1n)光源、不波器(Oscilloscope)和光谱分析仪(Optical Spectrum Analyzer，OSA)，四个中心波长不同的分布反馈式激光器，是可调波长半导体激光器，用于为四个检测通道提供连续光。C波段ASE光源和光谱分析仪在系统调试完毕后可拆除，整个检测系统轻便。
[0009]本实用新型的有益效果是:四个不同波长的FBG光栅是检测信号的传感器，FBG光栅波长对应于可调激光器波长。根据检测需要，四个FBG光栅可以串联的刻写在光敏光纤上，根据被测物的形状确定四个FBG光栅的刻写位置。载有四个FBG光栅的光敏光纤接入在光纤环形器的公共端，当被测物出现裂纹时，超声波引起FBG光栅反射率变化，引起光电探测器输出信号变化，从而在示波器上显示检测到的超声波。
【附图说明】
[0010]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0011]图1是四通道FBG超声检测系统原理框图。图2是四通道FBG超声检测系统封装布局图。图3是四通道FBG超声检测系统操作面板接口图。图4是四通道FBG超声检测系统外部仪器连接图。图5是FBG光栅建筑物安装示意图。
[0012]图中:1-分布反馈式激光器，2-光纤盘线盒，3-光电探测器，4-四路PID控制电路，5-光纤波分复用器，6-开关电源，7-电源开关，8-示波器接口，9-光谱分析仪接口，1-C波段ASE光源接口，Il-FBG光栅接口，12-示波器，13-光谱分析仪，14-FBG光栅，15-C波段ASE光源，16-四通道FBG超声检测系统封装仪器。
【具体实施方式】
[0013]如图1所示，一种四通道FBG超声检测系统，它包括四个中心波长不同的分布反馈式激光器，与分布反馈式激光器通过光纤相连接的是1X4光纤耦合器；1X4光纤耦合器输出信号至第一 I X2光纤親合器；C波段ASE光源输出信号至第一 1X2光纤親合器的親合比小的一端；第一 1X2耦合器输出信号至光纤环形器，光纤环形器公共端与光敏光纤连接，光敏光纤上刻写有四个中心波长不同的FBG光栅，四个FBG光栅的波长与四个分布反馈式激光器的波长对应；光纤环形器输出端经第二 1X2光纤親合器输出信号至四通道光纤波分复用器，光谱分析仪接第二 1X2光纤耦合器耦合比小的一端；四通道光纤波分复用器输出信号至四个光电探测器，光电探测器的电信号输出端通过BNC三通分别与示波器和四路PID控制电路连接；四路PID控制电路与四个分布反馈式激光器连接反馈调整信号实现基于FBG的四通道超声检测功能。
[0014]当建筑物出现裂纹激发出超声波，使得粘结在建筑物墙面的FBG光栅反射率发生较大变化，这种变化传递到光电探测器并相应的发生变化，光电探测器将变化的电信号分别传输到示波器和PID控制电路，PID控制电路反馈调节激光器激光输出波长，稳定系统，示波器显示检测到超声波信号。
[0015]所述分布反馈式激光器发射的连续激光能量为20 mW，波长分别为1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm 和 1554.94 nm。分布反馈式激光器，型号分别为奥康公司WSLS-928013C1424-45，输出波长1554.94±0.1 nm，输出光功率为 20 mff ；WSLS-934013C1424-45,输出波长 1550.12±0.1 nm，输出光功率为 20mff ； WSLS-940013C1424-45,输出波长 1545.32±0.I nm，输出光功率为 20 mff ；WSLS-946013C1424-45，输出波长 1540.56±0.I nm，输出光功率为 20 mffo
[0016]所述光纤波分复用器型号为北京万兆波分公司四通道DWDM模块，四路通道对应的波长分别为 1554.94±0.11 nm，1550.12±0.11 nm，1545.32±0.11 nm，1540.56±0.11nmD
[0017]所述光电探测器是指型号Thorlabs公司DET10C/M，宽带直流耦合输出，带宽700-1800 nm，上升时间10 ns，工作区0.8 mm2, NEP (噪声等效功率)较好。
[0018]所述C波段ASE光源是指型号上海瀚宇公司的VASP-Er-C-B-200-l，台式保偏宽带光源，单通道，带宽范围1528-1561 nm，光谱平坦度彡7 dB，输出功率可调范围0_100%，输出功率彡200 mW。
[0019]所述光谱分析仪是指型号Y0K0GAWA公司AQ6370，示波器是指型号安捷伦公司的MS07054B。1X2耦合器分束比例为10:90。
[0020]所述四路PID控制电路，分别对每路PID控制电路进行P调节，调整对应的分布反馈式激光器输出波长，使对应的分布反馈式激光器峰值位于C波段ASE光源反射光谱峰值的_3dB处。
[0021]所述四个FBG光栅14刻写在同一条光敏光纤上，相互串联。图5所示为FBG光栅14在建筑物上的安装方式，选择硬墙面，选用环氧树脂胶或者502胶水粘结在硬墙面上，四个FBG光栅14分别粘结在建筑物四面。
[0022]图2和图3所示为封装的四通道FBG超声检测系统，包括一个开光电源6供电；四个中心波长不同激光器I ;光纤盘线盒2，光纤盘线盒2中固定有一个1X4光纤耦合器，两个1X2光纤耦合器；一个光纤波分复用器5 ;四个光电探测器4 ;在仪器操作面板接口有四个示波器接口 8，一个光谱分析仪接口 9，一个C波段ASE光源接口 10，一个FBG光栅接口
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[0023]图4和图5所示，在检测系统封装仪器16操作面板中，粘结在建筑物四面的FBG光栅14接FBG光栅接口 11，C波段ASE光源15的输出端通过光纤接C波段ASE光源接口10，光谱分析仪13信号输入端通过光纤接光谱分析仪接口 9，示波器12四个通道通过BNC同轴线缆接四个示波器接口 8，如是，搭建起一种基于FBG光栅技术四通道超声检测系统。
【主权项】
1.一种四通道FBG超声检测系统，它包括四个中心波长不同的分布反馈式激光器，与分布反馈式激光器通过光纤相连接的是1X4光纤耦合器；1X4光纤耦合器输出信号至第一 1X2光纤親合器；C波段ASE光源输出信号至第一 1X2光纤親合器親合比小的一端；第一 I X 2耦合器输出信号至光纤环形器，光纤环形器是三端口型，光纤环形器公共端与光敏光纤连接，光敏光纤上刻写有四个中心波长不同的FBG光栅，四个FBG光栅的波长与四个分布反馈式激光器的波长 对应；光纤环形器输出端经第二 1X2光纤親合器输出信号至四通道光纤波分复用器，光谱分析仪接第二 1X2光纤耦合器耦合比小的一端；四通道光纤波分复用器输出信号至四个光电探测器，光电探测器的电信号输出端通过BNC三通分别与示波器和四路PID控制电路连接；四路PID控制电路与四个分布反馈式激光器连接反馈调整信号实现基于FBG的四通道超声检测功能。
2.根据权利要求1所述的四通道FBG超声检测系统，其特征是所述的分布反馈式激光器发射的连续激光能量为20 mW，波长分别为1540.56 nm、1545.32 nm、1550.12 nm和1554.94 nm。
3.根据权利要求1所述的四通道FBG超声检测系统，其特征是4个FBG光栅相互串联。
【专利摘要】一种四通道FBG超声检测系统，它包括四个中心波长不同的分布反馈式激光器，与分布反馈式激光器通过光纤相连接的是1×4光纤耦合器；1×4光纤耦合器输出信号至第一1×2光纤耦合器；C波段ASE光源输出信号至第一1×2光纤耦合器耦合比小的一端；第一1×2耦合器输出信号至光纤环形器，光纤环形器公共端与一段刻写有四个中心波长不同的FBG光栅的光纤连接，四个FBG光栅的波长与四个分布反馈式激光器的波长一一对应；光纤环形器输出端经第二1×2光纤耦合器输出信号至四通道光纤波分复用器，光谱分析仪接第二1×2光纤耦合器耦合比小的一端；四通道光纤波分复用器输出信号至四个光电探测器，光电探测器的电信号输出端通过BNC三通分别与示波器和四路PID控制电路连接；四路PID控制电路与四个分布反馈式激光器连接反馈调整信号实现基于FBG的四通道超声检测功能。
【IPC分类】G01H9-00, G01N29-14
【公开号】CN204287119
【申请号】CN201420751355
【发明人】刘帅, 宋江峰, 陈建伟, 赵杨, 马健, 张振振
【申请人】山东省科学院激光研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日