一种光纤光栅声发射检测系统的制作方法

本实用新型涉及一种声发射检测系统，特别是一种光纤光栅声发射检测系统。

背景技术：

随着科学技术的进步,现代工程建筑结构、机械装备、电力水利、航空航天等已经向大型化、集成化、复杂化方向发展。在这些集成且复杂的结构中,可以通过尽早发现裂纹的位置、性质及扩展情况,及时地发现损伤的部位及程度来预防事故的发生。与传统的无损检测技术相比,声发射检测技术具有对检测对象几何形状不敏感、可以对被测对象进行动态评估与实时诊断等优点。

传统的声发射检测技术采用的压电传感器属于谐振式高灵敏度传感器,具有本身阻抗低、转换效率高、波形稳定、介电损耗低且发热量小等优点,但是其缺点也相当明显,工作频率较窄、易受电磁干扰、不能接触腐蚀环境等。光纤光栅传感器具有绝缘性好、无源无电、体积小质量轻、抗电磁干扰、易实现大规模分布式测量等优点,特别是在易燃易爆、高腐蚀的环境中优势尤为明显。

但在实际搭建光纤光栅声发射传感系统的过程中面临一些问题：1、由于光纤光栅质地比较脆的原因,需要对裸光纤光栅进行适当的封装保护,但在具体的封装保护过程中,封装工艺会对光纤光栅的应变传递能力产生或多或少的影响,使得光纤光栅感应的应变与被测结构的应变有所差异；2、传感系统以光信号为载体来感知与传输声发射信号,由于外界振动引起的光强变化非常微弱,在系统硬件连接过程中不当的操作对光信号的传输影响很大；3、传感系统需要通过检测光纤光栅反射光功率的变化来感知声发射源信号,因此为了提高系统的检测精度与信噪比,对系统光源的要求比较高；4、现有的声发射传感器表面粘贴或内部埋入在检测结构里，可以有效地检测到声发射波，但是，声发射现象经常会在检测结构受到外界应变作用的情况下产生，由于施加在检测结构上的外界应变的影响，光栅的反射谱会随之漂移，当光栅的反射谱漂移量过大就会无法进行声发射波的检测，因此，无法进行声发射波的连续检测；5、光纤光栅声发射传感器不能移动，无法重复利用。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种具有免受施加在检测结构上的外界应变的干扰，还能够在检测结构上重新布置进行声发射检测的光纤光栅声发射检测系统。

本实用新型采用的技术方案如下：本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，包括光源产生装置、环形器、测量装置、光电探测器、前置放大器和数据采集显示系统；所述环形器分别连接光源产生装置、测量装置和光电探测器；所述光电探测器连接前置放大器，前置放大器连接数据采集显示系统；所述光源产生装置，用于提供窄带激光。

以上结构，采用产生窄带激光的光源产生装置，并设计了包括被测物和新型声发射传感器的测量装置，同时采用了高灵敏度的窄带激光解调技术，提高了光纤光栅声发射检测系统的检测精度。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述光源产生装置包括波长控制器、外腔激光器、光衰减器、光功率控制器和控制电路；所述外腔激光器分别连接波长控制器和光衰减器；所述光衰减器与光功率控制器连接；所述控制电路分别连接波长控制器、外腔激光器、光衰减器和光功率控制器。

以上光源产生装置中，可以通过光功率控制器反馈信号的控制、光衰减器和激光二极管的输入电流的调整，实现激光二极管的工作温度的稳定。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统所述测量装置包括传感器和被测物；所述传感器包括封装外壳，封装外壳左右两端设有密封胶，其底端为基底；所述基底为凸形基底，凸形基底中间的凸出部分一端与密封胶相连，凸出部分上端设置有环氧树脂胶块；所述环氧树脂胶块中部有光纤通过，光纤一端通过密封胶与外部连接，另一端光纤中间刻有光栅，悬空在基底上。

以上传感器结构，改变了传统与光纤光栅直接粘贴的结构，将光纤光栅悬空在凸形基底上方，通过光纤将声光发射波传给光纤光栅，避免因高温胶固化和热变形产生形变或断裂，避免因为外界的振动使光纤光栅中心波长发生漂移，同时结构简单、便于安装，还可以移动和多点测量，使用方便。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述传感器的封装方法为：将有机玻璃基底加工成凸形基底；光纤一端中间刻上光栅；选取环氧树脂胶块，其中间打通直径跟光纤适合的孔，将光纤从孔中通过；用胶粘剂将环氧树脂胶 粘贴在凸形基底上端；将基底放置在封装壳底部；同时选取适合的两个密封胶，一个密封胶与环氧树脂胶块中光纤对应位置处设置个适合光纤通过的小孔；用密封胶将基底固定和密封于封装壳中

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述光电探测器包括光电二极管和三级互阻放大器；所述三级互阻放大器包括两个可选择的增益和一个可选择的低、高通滤波器；所述三级互阻放大器两端分别连接光电二极管；增益和滤波器用来优化接收信号。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，还包括光纤光栅声发射检测方法：被测物产生声发射波后，声发射波经基底传至与基底粘贴的光纤，然后传至光纤左端，再传至光纤光栅，声发射波导致光纤光栅发射谱中心波长发生高频变化，声发射波传至光纤右侧端面发生反射并再次被光纤光栅检测，令光栅反射谱的中心波长再次呈高频变化，同频率的声波在光纤中正反向传播并相互叠加导致谐振现象，检测该高频变化叠加波长信息，即可实现对声发射波的检测；通过光电探测器检测，进行窄带激光解调，测得高频变化的波长，再经过前置放大器的放大，将波长信息在数据采集显示系统上处理和显示，即可实现对声发射波的检测。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述窄带激光解调法为：窄带激光光源输出的光谱与光纤布拉格光栅的反射谱用高斯曲线来表示，当窄带光源波长调谐到传感光栅反射谱的带宽点附近时，即波长变化最灵敏的线性区域，则光纤布拉格光栅反射谱函数用一个线性谱函数近似，经声发射波调制后，输入光电转换器的光功率为窄带光源与光栅反射谱的卷积；转变为输出的电信号；由光电探测器原理可知，光电流的大小与输入光功率成正比，光电探测器的输入光強和输出电压也是线性的，光电探测器的输出电压值包含声发射信号各参数。因此，测量输出电压值，就可以推算出声发射波的幅值和角频率两个特征参数，可获得原始的声发射信号。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述数据采集显示系统采用发射数据采集卡；采集卡将采集的信号模数转换后存入内存实现实时数据采集，通过可用控制指令将采集的数据读入计算机内存，字对采集的数据进行实时特征提取和波形处理，进而反演出声发射信号的信息。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：与现有的光纤光栅声发射传感器相比，本实用新型的光纤光栅声发射检测系统为可移动、免受外界应变影响的谐振式光纤光栅声发射传感器封装结构，传感器采用单端光纤粘贴式的封装结构，光纤光栅一端的光纤被粘贴有机玻璃板上，封装后的传感器不仅具有免受施加在检测结构上的外界应变的干扰，还能够在检测结构上重新布置进行声发射检测。

附图说明

图1是本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统的结构示意图。

图2是本实用新型中声发射传感器的结构示意图。

图中标记：1为封装外壳，2为凸形基底，3为光纤光栅，4为环氧树脂胶块，5为密封胶。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，包括光源产生装置、环形器、测量装置、光电探测器、前置放大器和数据采集显示系统；所述环形器分别连接光源产生装置、测量装置和光电探测器；所述光电探测器连接前置放大器，前置放大器连接数据采集显示系统；所述光源产生装置，用于提供窄带激光。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述光源产生装置包括波长控制器、外腔激光器、光衰减器、光功率控制器和控制电路；所述外腔激光器分别连接波长控制器和光衰减器；所述光衰减器与光功率控制器连接；所述控制电路分别连接波长控制器、外腔激光器、光衰减器和光功率控制器。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统所述测量装置包括传感器和被测物；所述传感器包括封装外壳1，封装外壳1左右两端设有密封胶5，其底端为基底；所述基底为凸形基底2，凸形基底2中间的凸出部分一端与密封胶5相连，凸出部分上端设置有环氧树脂胶块4；所述环氧树脂胶块4中部有光纤通过，光纤一端通过密封胶5与外部连接，另一端光纤中间刻有光栅，悬空在基底上。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述传感器的封装方法为：将有机玻璃基底加工成凸形基底2；光纤一端中间刻上光栅；选取环氧树脂胶块4，其中间打通直径跟光纤适合的孔，将光纤从孔中通过；用胶粘剂将环氧树脂胶块4粘贴在凸形基底2上端；将基底放置在封装壳底部；同时选取适合的两个密封胶，一个密封胶5与环氧树脂胶块4中光纤对应位置处设置个适合光纤通过的小孔；用密封胶5将基底固定和密封于封装壳中

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述光电探测器包括光电二极管和三级互阻放大器；所述三级互阻放大器包括两个可选择的增益和一个可选择的低、高通滤波器；所述三级互阻放大器两端分别连接光电二极管；增益和滤波器用来优化接收信号。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，还包括光纤光栅声发射检测方法：被测物产生声发射波后，声发射波经基底传至与基底粘贴的光纤，然后传至光纤左端，再传至光纤光栅，声发射波导致光纤光栅发射谱中心波长发生高频变化，声发射波传至光纤右侧端面发生反射并再次被光纤光栅检测，令光栅反射谱的中心波长再次呈高频变化，同频率的声波在光纤中正反向传播并相互叠加导致谐振现象，检测该高频变化叠加波长信息，即可实现对声发射波的检测；通过光电探测器检测，进行窄带激光解调，测得高频变化的波长，再经过前置放大器的放大，将波长信息在数据采集显示系统上处理和显示，即可实现对声发射波的检测。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述窄带激光解调法为：窄带激光光源输出的光谱与光纤布拉格光栅的反射谱用高斯曲线来表示，当窄带光源波长调谐到传感光栅反射谱的带宽点附近时，即波长变化最灵敏的线性区域，则光纤布拉格光栅反射谱函数用一个线性谱函数近似，经声发射波调制后，输入光电转换器的光功率为窄带光源与光栅反射谱的卷积；转变为输出的电信号；由光电探测器原理可知，光电流的大小与输入光功率成正比，光电探测器的输入光強和输出电压也是线性的，光电探测器的输出电压值包含声发射信号各参数。因此，测量输出电压值，就可以推算出声发射波的幅值和角频率两个特征参数，可获得原始的声发射信号。

本实用新型一种光纤光栅声发射检测系统，所述数据采集显示系统采用发射数据采集卡；采集卡将采集的信号模数转换后存入内存实现实时数据采集，通过可用控制指令将采集的数据读入计算机内存，字对采集的数据进行实时特征提取和波形处理，进而反演出声发射信号的信息。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。