水、凡士林等)与被测物体耦合即)，此相移光纤光栅探针207为超声波传感头，相移光纤光栅产生的反射光再进入光纤环形器205的第二端口 2,从光纤环形器205的第三端口 3输出，再进入光电探测器202，然后利用A/D转换及数据采集卡203对光电探测器的输出信号进行采集，将采集到的信号输入计算机处理及振动信号显示204，计算机进行处理及振动信号的显示。
[0053]图3为设计的相移光纤光栅光谱。在设计相移光纤光栅时,设计相移光栅在反射谱带阻中线宽为0.016nm,反射谱斜率为70nm 1 (在制作时，利用光纤光栅中间的相位跃变，导致其反射谱中间产生一个透视窗口)，这样能够对超声波振动信号可获得极高的灵敏度。
[0054]其中相移光纤光栅传感探针是将相移光纤光栅置于光纤夹持棒中作为探针，光纤夹持棒的材料为金属铜、玻璃或铝，是较好的超声波传导介质。制作方法有3种:
[0055]①铜探针:将一个直径约3mm(—般2-5mm即可)的铜柱，沿轴向切割至圆柱中心，将相移光纤光栅一端剪断(在光纤上雕刻形成光栅，只剪断光纤的一端，保留距光栅的附近(2毫米左右)光纤即可)(即在距离光栅所刻位置一端2-5_处切断，光纤顶端与柱体顶端对齐即可)，置入铜棒中心位置，最后用铜棒将切割的缝隙塞紧，并且可以将光纤光栅固定在轴心位置，即开槽至铜棒中心，中心线槽即为光纤光栅固定位置。如图4所示。
[0056]②铝探针:将光纤光栅用胶水或者环氧树脂与一个直径约1?2mm的铝柱粘合在一起，在距离光栅所刻位置一端2-5_处切断，顶端与探针顶端对齐，用一个热塑管将铝柱和光纤光栅一起套在一起，用电烙铁或其它热的金属物体将热塑管周围加热，热塑管收缩将光纤光栅和铝柱固定住即可。
[0057]③玻璃探针:在一个直径约2?3mm的空心玻璃管中心放入制作好的相移光纤光栅，在距离光栅所刻位置一端2-5_处切断，光栅所刻位置尽量接近玻璃管的顶端，用环氧树脂倒入玻璃管内，等环氧树脂固化将光纤光栅固定在玻璃管中心即可(制作玻璃管内径环氧树脂圆片在中心用激光打个微孔，光纤从微孔穿过加以固定。
[0058]具体实施时，对于每种合适的材料，都可以采用切割刀轴心位置、粘合在外壁上，或圆筒内浇注这三种方法，但不同的材料加工难度有差别，可以根据材料的软硬粗细和难度来选择制作方法。
[0059]在检测超声波时，将探针顶端放在被测物体表面，超声波(确保激发与接收器在同一物体上即可)经探针与被测物体接触面耦合进相移光纤光栅，致使光栅布拉格波长在声波作用下发生漂移，然后经过光电探测器再转换为电信号进行接收。
[0060]本发明的探针可以采用竖直方式探测振动波信号，还可以进行移动测试。
[0061]利用本发明的探针在铝板上进行了测试，如图5所示，超声波505发出的超声激发在招板504的一端,光纤光栅探针(包括单模光纤501、相移光纤光栅502和光纤夹持棒503)放在另一端。利用三种不同材料的传感探针进行了实验。
[0062]图6、图7、图8分别为三种不同材料的探针和单脉冲超声波激发时检测到的超声波信号，从图中可以看出，三种材质的探针都能够检测到超声波信号，其中铝探针测到的信号波形更干净，效果更好。
[0063]上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述【具体实施方式】所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
【主权项】
1.一种相移光纤光栅探针，其特征在于:所述相移光纤光栅探针包括单模光纤和光纤夹持棒，在所述单模光纤上刻有相移光纤光栅； 所述单模光纤上带有相移光纤光栅的部分位于光纤夹持棒的轴心位置或紧贴在所述光纤夹持棒的外壁上，此部分与光纤夹持棒同轴线设置； 所述单模光纤的另一端伸出所述光纤夹持棒。2.根据权利要求1所述的相移光纤光栅探针，其特征在于:所述光纤夹持棒为圆柱体形状，采用超声波传导介质制作而成。3.根据权利要求2所述的相移光纤光栅探针，其特征在于:所述超声波传导介质包括铜、铝或玻璃。4.根据权利要求3所述的相移光纤光栅探针，其特征在于:所述相移光纤光栅在反射谱带阻中线宽为5-15pm，反射谱斜率为70-80nm、5.一种制作权利要求1至4任一所述相移光纤光栅探针的方法，其特征在于:所述方法包括: 将圆柱形的铜柱沿轴向切割至铜柱的中心位置，在铜柱中心位置设置中心线槽； 将单模光纤上带有相移光纤光栅的部分置入所述中心线槽内，并与铜柱同轴线设置； 在距离相移光纤光栅所刻位置2-5mm处将所述单模光纤切断，此端与铜柱的顶端对齐； 所述单模光纤的另一端从铜柱的另一个顶端伸出； 用铜棒将切割的缝隙塞住，将带有相移光纤光栅的部分固定在铜柱的轴心位置。6.一种制作权利要求1至4任一所述相移光纤光栅探针的方法，其特征在于:所述方法包括: 使带有相移光纤光栅的部分与铝柱的轴线平行，在距离相移光纤光栅所刻位置2-5_处将所述单模光纤切断，此端与铝柱的顶端对齐； 所述单模光纤的另一端从铝柱的另一个顶端伸出； 将单模光纤上带有相移光纤光栅的部分用胶水或者环氧树脂粘合在铝柱的外壁上； 用热塑管将铝柱和带有相移光纤光栅的部分套住； 对热塑管周围加热，其收缩后即将带有相移光纤光栅的部分和铝柱固定住。7.一种制作权利要求1至4任一所述相移光纤光栅探针的方法，其特征在于:所述方法包括: 将单模光纤上带有相移光纤光栅的部分放入到空心玻璃管的中心位置处，使带有相移光纤光栅的部分与空心玻璃管的轴线平行； 在距离相移光纤光栅所刻位置2-5_处将所述单模光纤切断，此端与空心玻璃管的顶端对齐； 所述单模光纤的另一端从空心玻璃管的另一个顶端伸出； 将环氧树脂倒入空心玻璃管内，环氧树脂固化后即将带有相移光纤光栅的部分固定在空心玻璃管的中心处。8.一种利用权利要求4所述的相移光纤光栅探针构成的反射式超声检测系统，其特征在于:所述反射式超声检测系统包括所述相移光纤光栅探针、TLS窄线宽激光器，光电探测器，A/D转换及数据采集卡，计算机和环形器； 所述TLS窄线宽激光器与所述环形器的第一端口连接； 所述相移光纤光栅探针上的单模光纤与所述环形器的第二端口连接； 所述光电探测器与所述环形器的第三端口连接； 所述光电探测器与所述A/D转换及数据采集卡连接；所述A/D转换及数据采集卡连接与所述计算机连接。9.根据权利要求8所述的反射式超声检测系统，其特征在于:所述相移光纤光栅探针垂直设置在待测物体的表面上，其顶端与待测物体的表面接触，并利用耦合剂与待测物体耦合。10.根据权利要求9所述的反射式超声检测系统，其特征在于:由TLS窄线宽激光器发出的激光从环形器的第一端口输入，从第二端口输出，然后通过单模光纤直接进入相移光纤光栅探针； 相移光纤光栅产生的反射光再进入环形器的第二端口，然后从环形器的第三端口输出，再进入光电探测器； A/D转换及数据采集卡对光电探测器的输出信号进行采集，将采集到的信号输入到计算机。
【专利摘要】本发明提供了一种相移光纤光栅探针及其制作方法，属于超声波振动检测领域。相移光纤光栅探针，包括单模光纤和光纤夹持棒，在所述单模光纤上刻有相移光纤光栅；所述单模光纤上带有相移光纤光栅的部分位于光纤夹持棒的轴心位置或紧贴在所述光纤夹持棒的外壁上，此部分与光纤夹持棒同轴线设置；所述单模光纤的另一端伸出所述光纤夹持棒。本发明装置具有检测接触面很小、灵敏度很高、带宽宽、不受电磁干扰等特点，能够应用于无损探伤及超声地震物理模拟实验等用于超声检测的领域。
【IPC分类】G01N29/24, G01H9/00, G01V8/00
【公开号】CN105277269
【申请号】CN201410350660
【发明人】赵群, 薛诗桂, 王辉明, 宗遐龄, 刘东方
【申请人】中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2014年7月22日