光纤F-P超声传感器设计实验研究.pdf

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1、72传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2010年第29卷第11期光纤F-P超声传感器设计实验研究单宁。赵雁(武警工程学院装备运输系。陕西西安710086)摘要：设计了一非本征光纤F—P传感器结构，建立了双波长光纤F—P传感系统的数学优化模型；设计了F·P干涉腔长度和两路输出波长，建立了基于光纤F—P传感系统的激光超声实验装置；定性研究了激光参数、试样参数与超声波形特性之间的关系。实验结果表明：该传感系统能有效地检测超声信号，操作简单，实现容易，经济成本低。激光超声波的波形特性在很大程度上取决于试样参数和激光参数。关键词：激光超

2、声；光纤传感器；双波长技术；优化中图分类号：TN247文献标识码：A文章编号：1000--9787(2010)11--0072-04Desig]nandexperimenta’lstudyoOno,potica‘lfilherF．-PultrasoundsensorSHANNing，ZHAOYan(DepartmentofEquipmentandTransportation，EngineeringCollegeofCAPF，Xi’an710086，China)Abstract：AstructureofextrinsicopticalfiberF．PsensoriSdesigned．

3、ThemathematicoptimalmodelofdualwavelengthopticalfiberF-Psensingsystemisestablished．ThelengthofF—Pcavityandwavelengthsoftwooutputlightaredesignedbyadoptingoptimummethod．TheexperimentaldeviceoflaserultrasoundbasedonopticalfiberF·Psensingsystemisestablished．Therelationsbetweenparametersoflaserand

4、sampleandultrasonicwaveform’Scharacteristicsarestudied．Theexperimentalresultsshowthesensingsystemcandetectlaserultrasonicwavesignaleficiently．Itsoperationissimple．Itislowcostandeasytorealize．Thecharacteristicsofultrasoundwaveformdependsontheparametersoflaserandsamplemostly．Keywords：laseruhraso

5、und；opticalfibersensor；dualwavelengthtechnology；optimization0引言为有利于探测超声信号。但光纤传感器用于激光超声信号激光超声技术是超声学和激光技术结合而形成的一门的探测却是一个新兴研究领域，这方面的应用研究还很少，新兴交叉技术，其不仅涉及到光学、声学、热学、电学，而且尤其是国内研究更少。目前主要有偏振型、相位调制型、也涉及到材料学和医学等多个学科领域。激光超声通过激Bragg光栅以及基于光偏转原理的光纤传感技术。但光激发超声信号，无需耦合剂，超声信号又可通过光学方法是这些传感系统体积较大，对试样表面光洁度要求较高，采检测，

6、故可实现完全非接触激发和接收，便于在高温、高压、用光纤多，使用安装麻烦，输入输出臂不对称，抗干扰能力高速旋转等恶劣环境下实现无损检测；激光超声的激发和差。光纤F—P(Fabry—Perot)传感器采用单根光纤利用多束检测都是在瞬间完成的，能够实现快速实时检测。另外，激光干涉来检测待测量，抗干扰能力强，制作简单，经济成本光超声可用于表面几何形状复杂和受限制如焊缝根部、小低，便于操作，从而得到了广泛应用。。直径管道等的检测，因此，更为适合于材料的无损评估、缺本文设计了一非本征光纤F—P传感器结构，建立了双陷检测以及加工过程监测等领域J。波长稳定传感系统数学优化模型；设计了F—P干涉腔长

7、度在超声检测方面，传统的检测方法是使用声换能器，但和两路输出光波长，建立基于光纤F-P传感系统的激光超需要耦合剂，对样品表面要求较高，频带窄，检测精度低。声实验装置，并进行了实验研究。随着光学技术的不断发展，带动了光纤传感技术的快速提1F-P腔结构设计高。光纤传感器体积小、重量轻、易于小型化，环境适应性通常光纤F．P干涉腔是在一段光纤的2个端面镀上一强，可靠性高，传输信号容易，频响高，检测灵敏度高，故更定反射率的反射膜形成2个反射面，构成光干涉腔。入射收稿日期：201