基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法及系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括激光光源，耦合型光纖傳感器，兩個(gè)光電探測(cè)器，差分放大電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；耦合型光纖傳感器的一個(gè)輸入端連接激光光源，兩個(gè)輸出端分別連接第一、二光電探測(cè)器，兩個(gè)光電探測(cè)器的輸出端依次連接差分放大電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；耦合型光纖傳感器包括光纖聲發(fā)射傳感器，封裝V型槽和封裝UV膠；耦合型光纖傳感器由兩條單模光纖過(guò)耦合形成，其兩端分別通過(guò)UV膠封裝在V型槽中；UV膠封裝截止處為傳感器耦合區(qū)起始處。所述方法提取A0模態(tài)兩個(gè)頻率分量的到達(dá)時(shí)間和傳播速度，由一個(gè)平板超聲信號(hào)計(jì)算得到超聲源的計(jì)算距離，實(shí)現(xiàn)單個(gè)傳感器的線性定位。
【專利說(shuō)明】
基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及聲發(fā)射在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，具體為基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲 源定位方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在工程工業(yè)領(lǐng)域中，金屬薄板是一種最為常見(jiàn)的工程部件，其在長(zhǎng)期的服役過(guò)程 中不可避免的會(huì)受到過(guò)載、環(huán)境、人為等因素的影響，出現(xiàn)裂紋等損傷，導(dǎo)致安全事故或者 不必要的經(jīng)濟(jì)損失。為了預(yù)防此類事故發(fā)生，需要及時(shí)有效的檢測(cè)到損傷位置，對(duì)此類板材 的健康狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。
[0003]超聲波在平板中以Lamb波的方式進(jìn)行傳播，其成分主要為Aq與Sq兩種最基本的模 態(tài)，通常So模態(tài)能量小，且頻散效應(yīng)不明顯，難以識(shí)別；而Ao模態(tài)能量較大，頻散效應(yīng)明顯，易 識(shí)別，因此Ao模態(tài)常被用于反應(yīng)聲源信息。
[0004] 對(duì)信號(hào)到達(dá)時(shí)間的準(zhǔn)確判定是影響定位精度的關(guān)鍵因素。通常人們把越過(guò)設(shè)定閾 值的第一個(gè)信號(hào)波峰時(shí)刻作為信號(hào)到達(dá)時(shí)間，簡(jiǎn)稱閾值法;或者將整個(gè)信號(hào)的第一個(gè)波峰 時(shí)刻作為信號(hào)到達(dá)時(shí)間，簡(jiǎn)稱峰值法。Y.Ding等人于NDT&E International上發(fā)表的"A new method for waveform analysis for estimating AE wave arrival times using wavelet decomposition"利用峰值法對(duì)超聲信號(hào)進(jìn)行了定位，定位結(jié)果出現(xiàn)了較大偏差； J.Jiao等人于STRUCTURAL CONTROL AND HEALTH MONITORING上發(fā)表的 "Acoustic emission source location methods using mode and frequency analysis" 同樣利用峰 值法對(duì)AO模態(tài)不同分量到達(dá)時(shí)間進(jìn)行判斷，該方法定位的相對(duì)誤差為8%-14%，定位誤差 較大。實(shí)際上，超聲波在平板中以Lamb波形式傳播，其包含了不同模態(tài)的分量，并隨著傳播 距離的增加出現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象。這樣，超聲信號(hào)的峰值可能受到超聲波反射疊加、模式轉(zhuǎn) 換等影響而產(chǎn)生偏移，不能準(zhǔn)確表征超聲波到達(dá)時(shí)間，最終導(dǎo)致定位偏差。且以此方法進(jìn)行 線性定位，通常需要至少兩個(gè)傳感器才能實(shí)現(xiàn)，增加了成本。
[0005] 傳統(tǒng)的壓電陶瓷類超聲傳感器由于其體積大、易受電磁干擾、安裝和測(cè)量不方便 等因素使其在狹小空間及強(qiáng)電磁環(huán)境中難以應(yīng)用，相比之下光纖傳感器采用全光纖測(cè)量， 體積小質(zhì)量輕、易于填埋、不受電磁干擾更適合應(yīng)用于遠(yuǎn)距離工件設(shè)備工作狀態(tài)的在線監(jiān) 測(cè)。
[0006] 已提出的光纖超聲傳感器主要為干涉型光纖傳感器，如（1)布拉格光柵、（2)法布 里-珀羅腔體、（3)馬赫-策德?tīng)柛缮?、?)薩格納克干涉，這些干涉型光纖傳感器成本較高， 對(duì)設(shè)備的要求較高且傳感器的制作工藝復(fù)雜，不適合實(shí)際的工程應(yīng)用。如已公開(kāi)專利 CN201010185466.5 "光纖法布里-珀羅壓力傳感器及其制作方法"與CN201310061027.7 "點(diǎn) 接觸式光纖超聲波傳感器"均屬于上述類型傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板 超聲源定位方法及系統(tǒng)，提高了超聲定位準(zhǔn)確度，減少了傳感器的使用，降低成本，并為實(shí) 現(xiàn)平板超聲源的全光纖、遠(yuǎn)距離在線定位奠定了基礎(chǔ)。
[0008] 本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0009] 基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位系統(tǒng)，包括激光光源，耦合型光纖 傳感器，兩個(gè)光電探測(cè)器，差分放大電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);耦合型光纖傳感器的一個(gè)輸入端 連接激光光源，兩個(gè)輸出端分別連接第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器，兩個(gè)光電探測(cè)器 的輸出端依次連接差分放大電路和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；
[0010] 所述的耦合型光纖傳感器包括光纖聲發(fā)射傳感器，封裝V型槽和封裝UV膠;耦合型 光纖傳感器由兩條單模光纖過(guò)耦合形成，耦合型光纖傳感器兩端分別通過(guò)UV膠封裝在V型 槽中;UV膠封裝截止處為傳感器耦合區(qū)起始處。
[0011] 優(yōu)選的，所述激光光源為C波段窄線寬光源，線寬小于2MHz。
[0012] 優(yōu)選的，所述第一光電探測(cè)器與第二光電探測(cè)器的探測(cè)波長(zhǎng)范圍包含光源波長(zhǎng)， 響應(yīng)帶寬大于IOMHz。
[0013] 優(yōu)選的，所述的平板超聲源在AO模態(tài)的頻率為20kHz-250kHz。
[0014] 基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，采用如上述技術(shù)方案中任意 一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括以下步驟：
[0015] SI:通過(guò)耦合型光纖傳感器獲得待測(cè)平板工件的超聲信號(hào)，進(jìn)行Gabor變換，得到 信號(hào)的時(shí)頻圖；
[0016] S2:從時(shí)頻圖中識(shí)另IjAo模態(tài)，并從Ao模態(tài)中優(yōu)選兩個(gè)計(jì)算頻率分量h、f2;
[0017] S3:利用閾值法判定負(fù)』2分量的到達(dá)時(shí)間tAQ1、tA02;
[0018] S4:獲取待測(cè)平板頻散曲線，查找對(duì)應(yīng)頻率分量的群速度VAQ1、VA02;
[0019] S5:根據(jù)d= (tAQl-tAQ2)/(l/vA()l-l/vA()2)計(jì)算得到超聲源距離。
[0020] 優(yōu)選的，所述待測(cè)平板工件為各向同性材料，各向同性材料的參數(shù)包括厚度、橫波 速及縱波速。
[0021 ] 優(yōu)選的，Sl中，所述Gabor變換的時(shí)間分辨率設(shè)置為Iys，頻率分辨率設(shè)置為IkHz。 [0022]優(yōu)選的，S2中，兩個(gè)計(jì)算頻率在頻散連續(xù)處進(jìn)行優(yōu)選選取，選取間隔至少大于 20kHz，選取范圍在 20kHz-250kHz。
[0023]優(yōu)選的，S3中，所述閾值法為將信號(hào)時(shí)頻圖中最大能量的1%_3%作為閾值，繪制 其等值線圖，計(jì)算頻率分量與該等值線圖的第一個(gè)交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即為該頻率分量的到 達(dá)時(shí)間。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0025]本發(fā)明利用平板Lamb波中AO模態(tài)能量大、傳播距離遠(yuǎn)、頻散明顯的特點(diǎn)，提取AO模 態(tài)兩個(gè)頻率分量的到達(dá)時(shí)間和傳播速度，可由一個(gè)平板超聲信號(hào)計(jì)算得到超聲源的計(jì)算距 離，實(shí)現(xiàn)單個(gè)傳感器的線性定位，方法簡(jiǎn)單可靠，減少了定位系統(tǒng)的復(fù)雜度。
[0026]相對(duì)于傳統(tǒng)的壓電式傳感器，本系統(tǒng)采用優(yōu)化的耦合型光纖傳感器，既有效地反 應(yīng)待檢測(cè)信號(hào)AO模態(tài)的頻散特性，又保證高的靈敏度，特別適用于本發(fā)明提出的定位方法。 并且制作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，精確有效，成功率高，解調(diào)系統(tǒng)成本低，抗電磁干擾，耐腐蝕，不受 溫度漂移等影響，更適合于復(fù)雜環(huán)境中平板部件缺陷的定位。其中的耦合型光纖傳感器屬 于光強(qiáng)調(diào)制型，其相對(duì)于相位調(diào)制型及干涉型光纖傳感器，對(duì)光源等設(shè)備的要求不高，且耦 合型光纖傳感器制作工藝成熟，基于其搭建的系統(tǒng)易實(shí)現(xiàn)，更適合應(yīng)用于實(shí)際工程中設(shè)備 的在線監(jiān)測(cè)。
[0027] 利用本發(fā)明所提供的定位方法，可準(zhǔn)確有效地實(shí)現(xiàn)基于單個(gè)傳感器平板聲源的線 性定位;系統(tǒng)抗電磁干擾，耐腐蝕，且裝置簡(jiǎn)單，成本低，易于實(shí)現(xiàn)，為復(fù)雜環(huán)境中平板超聲 源遠(yuǎn)距離、分布式定位和長(zhǎng)期連續(xù)的測(cè)定奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)利用閾值法對(duì)AO模態(tài)不同頻率 分量的到達(dá)時(shí)間進(jìn)行判斷，能夠避免可能受到的超聲波反射疊加、模式轉(zhuǎn)換等影響，提高定 位精度，本發(fā)明中利用閾值法的定位相對(duì)誤差能夠達(dá)到〇. 2 % -2.48 %。
【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1為本發(fā)明的平板超聲源定位方法流程圖。
[0029] 圖2為本發(fā)明制備的耦合型光纖傳感器封裝俯視圖。
[0030] 圖3a為本發(fā)明的光纖傳感器不同封裝位置所對(duì)應(yīng)的傳感器等效直徑示意圖。
[0031]圖3b為圖3a中封裝位置為在b點(diǎn)處所測(cè)超聲信號(hào)的時(shí)頻分析圖。
[0032]圖3c為圖3a中封裝位置為在c點(diǎn)處所測(cè)超聲信號(hào)的時(shí)頻分析圖。
[0033]圖3d為圖3a中封裝位置為在d點(diǎn)處所測(cè)超聲信號(hào)的時(shí)頻分析圖。
[0034]圖3e為圖3a中封裝位置為在e點(diǎn)處所測(cè)超聲信號(hào)的時(shí)頻分析圖。
[0035] 圖4為本發(fā)明實(shí)例中所述的板厚為2_的鋁板(5052)的頻散曲線。
[0036] 圖5為本發(fā)明的光纖傳感定位系統(tǒng)示意圖。
[0037]圖6a為本發(fā)明實(shí)例中所述模擬聲源距離光纖傳感器45cm時(shí)激發(fā)，傳感器所測(cè)超聲 信號(hào)時(shí)域波形圖。
[0038]圖6b為圖6a對(duì)應(yīng)超聲信號(hào)的時(shí)頻分析圖。
[0039]圖7為圖6b對(duì)應(yīng)的閾值等值線圖。
[0040] 圖中，1為激光光源、2為耦合型光纖傳感器、3為第一光電探測(cè)器、4為第二光電探 測(cè)器、5為差分放大電路、6為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、7為模擬超聲源、8為待測(cè)平板部件、21為光纖聲 發(fā)射傳感器，22為傳感器等效直徑，23為封裝V型槽，24為封裝UV膠。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 下面結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，所述是對(duì)本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0042] 本發(fā)明基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，其中所述的超聲源為 20kHz-250kHz ;如圖1所示，其具體包括步驟如下：（1)通過(guò)優(yōu)化的耦合型光纖傳感器2獲得 平板超聲信號(hào)，進(jìn)行Gabor變換，得到信號(hào)的時(shí)頻圖；（2)從時(shí)頻圖中識(shí)別Ao模態(tài)，并從Ao模態(tài) 中優(yōu)選兩個(gè)計(jì)算頻率分量f I、f 2 ; ( 3 )利用閾值法判定f I、f 2分量的到達(dá)時(shí)間tAQl、tAQ2 ; ( 4 )獲 取待測(cè)平板頻散曲線，查找對(duì)應(yīng)頻率分量的群速度VAQ1、VAQ2 ; (5)根據(jù)d = ( tAQl-tAQ2)/( 1/ VA01-1/VAQ2)計(jì)算得到超聲源距離。
[0043] 其中，優(yōu)化的耦合型光纖傳感器2如圖2所示，光纖聲發(fā)射傳感器21封裝在V型槽23 中，用封裝UV膠24即紫外線固化膠對(duì)光纖聲發(fā)射傳感器21進(jìn)行對(duì)稱封裝，其余懸空部分即 為傳感區(qū)，b、c、d、e四點(diǎn)表示不同的封裝位置，22表示對(duì)應(yīng)封裝位置下傳感器的等效直徑；
[0044] 如圖3所示，在同一傳感器不同封裝位置下，對(duì)同一聲源測(cè)量得到的超聲信號(hào)時(shí)頻 圖，b、c、d、e四點(diǎn)與圖2相對(duì)應(yīng);b、c兩點(diǎn)的封裝位置未到達(dá)傳感器的耦合區(qū)，傳感器兩臂處 于分離狀態(tài)，尚未融合，如圖3b和圖3c所示，其為b、c兩點(diǎn)封裝位置測(cè)到的信號(hào)時(shí)頻圖，頻散 效果不好;d點(diǎn)的封裝位置恰好為傳感器兩臂開(kāi)始融合處，也就是UV膠24封裝截止處為傳感 器耦合區(qū)起始處，兩臂開(kāi)始融合，如圖3d所示，其為d點(diǎn)封裝位置測(cè)到的信號(hào)時(shí)頻圖，頻散效 果好，也是本發(fā)明所要保護(hù)的結(jié)構(gòu)點(diǎn)；e點(diǎn)的封裝位置越過(guò)傳感器耦合區(qū)起始處，封裝區(qū)域 覆蓋部分耦合區(qū)，如圖3e所示，其為e點(diǎn)封裝位置測(cè)到的信號(hào)時(shí)頻圖，盡管頻散效果好，但信 噪比明顯下降，降低了傳感器對(duì)微弱超聲信號(hào)的檢測(cè)能力，影響定位結(jié)果;綜合考慮，為了 保證傳感器有效測(cè)到平板超聲信號(hào)的頻散效果，同時(shí)有較高的信噪比，封裝位置應(yīng)在傳感 器兩臂恰好開(kāi)始融合處，即d處的位置。
[0045]根據(jù)平板參數(shù)，獲取平板曲線；本實(shí)施例中選用5052型鋁板作為待測(cè)部件，其板 厚、橫波速及縱波速等參數(shù)列于表1。
[0046] 表1 5052型鋁板平板參數(shù)。
[0048]將表1中平板參數(shù)代入Rayleigh-Lamb方程中，求解方程得到頻率f與傳播速度V的 關(guān)系，即該平板的頻散曲線，并存入數(shù)據(jù)庫(kù)，Rayleigh-Lamb方程如下：
[0052]求解后得到待測(cè)平板部件的理論Lamb頻散曲線，如圖4所示，圖中橫軸代表頻率 (kHz )，縱軸代表群速度(m/s )，黑色實(shí)線為Ao模態(tài)，灰色虛線為So模態(tài)。
[0053]圖5為本發(fā)明實(shí)例的檢測(cè)系統(tǒng)示意圖，耦合型光纖傳感器2以UV膠固定于待測(cè)平板 部件8的表面，激光光源1發(fā)出1550nm波長(zhǎng)的光，經(jīng)單模光纖傳輸至耦合型光纖傳感器2,光 一分為二，分別經(jīng)單模光纖輸出至第一光電探測(cè)器3和第二光電探測(cè)器4,光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電 信號(hào)后，再經(jīng)BNC線送至差分放大電路5,進(jìn)行差分放大處理，處理后的電信號(hào)由數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)6采集。本實(shí)施例中超聲源7采用國(guó)際通用的斷裂鉛筆芯（2H，0.7)的方式來(lái)模擬(Hsu-Nielsen source)，為了保證每次激發(fā)信號(hào)盡可能相同，鉛芯斷裂的方向和角度保持一致， 本優(yōu)選實(shí)例中采用45°進(jìn)行模擬，激光光源1采用DFB激光光源。
[0054]模擬超聲源產(chǎn)生的超聲信號(hào)模擬平板缺陷，以Lamb波形式傳播，耦合型光纖傳感 器2檢測(cè)到超聲信號(hào)發(fā)生微應(yīng)變，改變了傳感器的耦合效率，使兩臂的光輸出發(fā)生相應(yīng)改 變，最終導(dǎo)致檢測(cè)到的電信號(hào)發(fā)生改變，形成超聲信號(hào)波形。本實(shí)施例中，超聲模擬源7距離 傳感器45cm，檢測(cè)到的超聲信號(hào)時(shí)域圖如圖6a所示。
[0055]得到了時(shí)域超聲信號(hào)，需要對(duì)其進(jìn)行時(shí)頻分析，本實(shí)施例采用MATLAB時(shí)頻工具箱 中的Gabor變換，對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理，其時(shí)間分辨率設(shè)置為Iys，頻率分辨率設(shè)置為IkHz。 得到所測(cè)信號(hào)的時(shí)頻分布圖，如圖6b所示，圖中橫軸代表時(shí)間(ys)，縱軸代表頻率(MHz)J 色深淺代表能量大小;從圖6b可以看出超聲信號(hào)不同頻率分量的到達(dá)時(shí)間是不一樣的，其 表現(xiàn)出明顯的頻散現(xiàn)象，根據(jù)Ao模態(tài)高頻分量傳播速度快，低頻分量傳播速度慢的特點(diǎn)，可 以識(shí)別出Ao模態(tài)，圖6b中白色虛線代表擬合的Ao模態(tài)。
[0056] 選取計(jì)算頻率由圖6b可以看到Ao模態(tài)在40kHz_150kHz具有連續(xù)的頻散現(xiàn) 象，為了盡可能減小誤差，頻率分量選取應(yīng)盡量大，且頻率分量相差至少大于20kHz，本實(shí)施 例中選取fi = 80kHz，f2 = 120kHz作為計(jì)算頻率。
[0057] 用閾值法確定計(jì)算頻率fi、f2的到達(dá)時(shí)間，為了減小Lamb波模式轉(zhuǎn)換、反射疊加的 影響，設(shè)定閾值應(yīng)限定為最大信號(hào)能量的1%_3%，在本實(shí)施例中取2%。圖7為圖6b中對(duì)應(yīng) 的閾值等值線圖，a、b兩點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)兩個(gè)計(jì)算頻率與等值線的交點(diǎn)，兩點(diǎn)的坐標(biāo)分別為a (532 .Iys，120kHz)、b(558. Iys，80kHz)。因此，120kHz的到達(dá)時(shí)間為tA〇2 = 532. Iys，80kHz分 量的到達(dá)時(shí)間為tAQi = 558.1ys〇
[0058] 查詢圖4中待測(cè)平板部件的頻散曲線，負(fù)=80kHz分量對(duì)應(yīng)的Ao模態(tài)群速度為VA01 = 2121.9km/s，f I = 120kHz分量對(duì)應(yīng)的AO模態(tài)群速度為VAQ2 = 2424. lkm/s。
[0059] 超聲源距離可由下式算出
[0060]
[0061]將對(duì)應(yīng)參數(shù)帶入公式可計(jì)算得到超聲源的距離為44.26cm，與實(shí)際值45cm僅相差 0.74cm，證明本方法是精確有效的，也證明了光纖耦合聲發(fā)射傳感器應(yīng)用于平板超聲波定 位是可行的。
[0062] 表2列出了模擬超聲源距離從5cm到80cm變化，每5cm為一個(gè)步長(zhǎng)，共定位16個(gè)點(diǎn)的 定位結(jié)果，定位共進(jìn)行兩次，兩次時(shí)間間隔相差7天以驗(yàn)證耦合型光纖傳感器定位的穩(wěn)定 性。第一次定位相對(duì)誤差不超過(guò)3%，第二次定位相對(duì)誤差不超過(guò)5%，證明本發(fā)明的平板超 聲源定位方法及定位系統(tǒng)是精確有效的。
[0063]表2平板超聲源定位結(jié)果。
[0065] *表示與第一次定位時(shí)間相隔七天
[0066] 綜上所述，本發(fā)明中激光光源發(fā)出的光進(jìn)入耦合型光纖傳感器，光在傳感器中一 分為二，分別輸出至光電探測(cè)器一和光電探測(cè)器二，光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后送入調(diào)理電路 進(jìn)行差分放大處理，處理后的電信號(hào)由計(jì)算機(jī)采集并進(jìn)行濾波去噪處理，最后將得到的信 號(hào)利用本發(fā)明提出的定位方法計(jì)算，得到聲源距離。本發(fā)明提供的平板超聲源定位方法及 定位系統(tǒng)具有較好的精確性及穩(wěn)定性。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然其并非用 以限定本發(fā)明，本發(fā)明主要考慮一維情況，但是所述的定位原理可以推廣到二維及三維定 位情形。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位系統(tǒng)，其特征在于，包括激光光源 (1)，耦合型光纖傳感器(2)，兩個(gè)光電探測(cè)器，差分放大電路(5)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(6);耦合 型光纖傳感器(2)的一個(gè)輸入端連接激光光源（1)，兩個(gè)輸出端分別連接第一光電探測(cè)器 (3)和第二光電探測(cè)器(4)，兩個(gè)光電探測(cè)器的輸出端依次連接差分放大電路(5)和數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)(6); 所述的耦合型光纖傳感器(2)包括光纖聲發(fā)射傳感器(21)，封裝V型槽(23)和封裝UV膠 (24);耦合型光纖傳感器(21)由兩條單模光纖過(guò)耦合形成，耦合型光纖傳感器(21)兩端分 別通過(guò)UV膠(24)封裝在V型槽(23)中；UV膠(24)封裝截止處為傳感器耦合區(qū)起始處。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述激光光源為C波段窄線寬光源，線寬小于2MHz。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述第一光電探測(cè)器(3)與第二光電探測(cè)器(4)的探測(cè)波長(zhǎng)范圍包含光源波長(zhǎng)，響應(yīng) 帶寬大于10MHz。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位系統(tǒng)，其特征 在于，所述的平板超聲源在A0模態(tài)的頻率為20kHz-250kHz。5. 基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，其特征在于，采用如權(quán)利要求 1-4中任意一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，包括以下步驟： S1:通過(guò)耦合型光纖傳感器(2)獲得待測(cè)平板工件的超聲信號(hào)，進(jìn)行Gabor變換，得到信 號(hào)的時(shí)頻圖； S2:從時(shí)頻圖中識(shí)另ljA〇模態(tài)，并從A〇模態(tài)中優(yōu)選兩個(gè)計(jì)算頻率分量f i、f 2; S3:利用閾值法判定f!、f 2分量的到達(dá)時(shí)間tAQ1、tA02; S4:獲取待測(cè)平板頻散曲線，查找對(duì)應(yīng)頻率分量的群速度VAQ1、vA02; S5 :根據(jù)d= (tAQl-tAQ2)/( 1/VAQ1-1/VAQ2)計(jì)算得到超聲源距離。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，其特征 在于，所述待測(cè)平板工件為各向同性材料，各向同性材料的參數(shù)包括厚度、橫波速及縱波 速。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，S1中，所 述Gabor變換的時(shí)間分辨率設(shè)置為lys，頻率分辨率設(shè)置為1 kHz。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，S2中，兩 個(gè)計(jì)算頻率在頻散連續(xù)處進(jìn)行優(yōu)選選取，選取間隔至少大于20kHz，選取范圍在20kHz-250kHz〇9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于優(yōu)化的耦合型光纖傳感器平板超聲源定位方法，S3中，所 述閾值法為將信號(hào)時(shí)頻圖中最大能量的1%_3%作為閾值，繪制其等值線圖，計(jì)算頻率分量 與該等值線圖的第一個(gè)交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻即為該頻率分量的到達(dá)時(shí)間。
【文檔編號(hào)】G01H9/00GK105841794SQ201610317010
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】劉懿瑩, 王霖潔, 李鳳梅, 趙振宇, 付文成, 虞珂
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)