基于光纖efpi傳感器的超聲波采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置,其包括有：外殼，在該外殼上設置有多個用于連接光纖EFPI傳感器的光纖接口；以及激光器，用于產生光源信號；光分路器，通過光纖與該激光器連接；多個光環形器，該多個光環形器的輸入端口通過并行設置的多路光纖與所述光分路器連接，該多個光環形器上的探測端口通過并行設置的多路光纖與對應的光纖接口連接；多個光電轉換器，數量與所述光纖接口相同，該多個光環形器上的輸出端口通過并行設置的多路光纖與對應的光電轉換器連接；信號采集電路板，用于接受和處理該光電轉換器轉化形成的電信號并與外部通訊連接。該超聲波采集裝置可適用多種工業設備以及水下領域的高頻快速超聲波信號監測。
【專利說明】
基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于超聲波信號采集和檢測的技術領域，特別涉及一種基于光纖EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)傳感器進行超聲波信號采集的裝置。
【背景技術】
[0002]目前國內外工業設備用超聲波信號監測有多種方法，壓電超聲法檢測法是最普及的方法，但傳感器是貼在設備外殼上的，其檢測設備內部的超聲波信號，不易受到電磁噪聲的干擾，但靈敏度不高。也有將壓電傳感器放置在設備外殼的內部，在液體中檢測超聲波信號的，但由于壓電超聲傳感器在液體中檢測靈敏度也不高，同時不能放在強電場中，或帶高電壓部位處進行測量，使其檢測方法受到限制。
[0003]光超聲波法傳感器具有體積小、損耗低、干擾小、絕緣性能好和防燃防腐蝕的優點而具有廣泛的應用前景。光超聲波法包括光纖光柵測超聲振動法和光纖干涉測超聲振動法，光纖干涉法測超聲振動法有三種辦法:光纖邁克爾遜(Michelson)干涉法、光纖馬赫-澤德爾干涉(Mach-Zehnder)法和法布里-帕羅(Fabry-Perot)干涉法。邁克爾遜法檢測系統的靈敏度不高，且在在超聲波傳播的多路徑間題;光纖馬赫-澤德爾干涉法解調頻率響應不夠高、結構復雜，對設備要求高;光纖法布基里-帕羅法則具有結構簡單，體積小，高可靠性，高靈敏度，快速響應，抗干擾能力強等優點，受到人們普遍的關注。
[0004]目前現有技術中研究的光纖EFPI(extrinsicFabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)，主要用于溫度、應變、壓力等緩變量的測量，尚不適合高頻快速的超聲波信號檢測。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種基于使用光纖EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕羅干涉型傳感器)傳感器進行超聲信號采集的裝置，以適用于多種工業設備高頻快速的的超聲波信號監測，并可廣泛應用于多領域的水下超聲波信號監測。
[0006]為了解決上述技術問題，本實用新型提供的技術方案如下:
[0007]本實用新型涉及的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置包括有以下部分:
[0008]外殼，在該外殼上設置有多個用于連接光纖EFPI傳感器的光纖接口 ；以及設置在外殼內的:
[0009]激光器，用于產生光源信號；
[0010]光分路器，通過光纖與該激光器連接；
[0011]多個光環形器，數量與所述光纖接口相同，該多個光環形器的輸入端口通過并行設置的多路光纖與所述光分路器連接，該多個光環形器上的探測端口通過并行設置的多路光纖與對應的光纖接口連接；
[0012]多個光電轉換器，數量與所述光纖接口相同，該多個光環形器上的輸出端口通過并行設置的多路光纖與對應的光電轉換器連接；
[0013]信號采集電路板，用于接受和處理該光電轉換器轉化形成的電信號并與外部通訊連接。
[0014]優選的，所述的激光器為窄帶光源激光器，該窄帶光源激光器的單色光波長為1550nm或1310nmo
[0015]進一步，所述窄帶光源激光器為SLED激光器。
[0016]優選的，所述超聲波采集裝置可對多路超聲波信號同步采集，所述光纖接口的數量為I至16之間。
[0017]進一步，所述信號采集電路板上具有電信號處理模塊和用于外部的后臺系統通信的通訊模塊以及控制模塊，該電信號處理模塊包括用于采集所述光電轉換器產生的電信號的采集電路、用于根據信號幅值大小進行自動增益的放大電路和模數轉換電路。
[0018]進一步，在所述信號采集電路板上設置有用于輸出信號的以太網接口，所述超聲波采集裝置可通過該以太網接口輸出數字波形信號并通過以太網傳輸給后臺系統。
[0019]進一步，所述超聲波采集裝置還包括可連接外部電源的電源適配板，該電源適配板用于給所述激光器和信號采集電路板供電。
[0020]進一步，所述電源適配板還連接有一設置在外殼上的電源指示燈。
[0021 ]優選的，所述光電轉換器為PIN光電二極管。
[0022]本實用新型的有益效果在于其能方便的應用于多路光纖EFPI傳感器，進行超聲波信號的采集、處理和傳輸，通過輸出數字信號給后臺系統，以便于后臺系統對信號數據進行處理，進行自動的檢測和診斷。其技術優勢主要體現在以下幾個方面:
[0023]1、本超聲波采集裝置具有高度集成，簡易安裝、操作方便等特點。將主光路器件(除傳感器外)和多個電路子模塊等高度集成在外殼內，形成一體機，可以方便的安裝應用于各種復雜的環境條件下。
[0024]2、本超聲波采集裝置具有靈敏度高，抗干擾能力強的特點。本裝置設計使用光纖EFPI傳感器，保證了信號源的高靈敏度，同時裝置本身具有多級放大電路，并且放大倍數根據信號幅值自動調節，能同時兼顧不同大小的輸入信號。該裝置本身的設計達到EMC4級水平，在各種強電磁干擾情況下，裝置性能不會受到影響。
[0025]3、本超聲波采集裝置通過以太網接口輸出數字波形信號，可實現遠程在線監測。本裝置設計為當前普遍適用的以太網接口方式，向后臺系統輸出數字波形信號，可直接通過局域網、外部互聯網、WIF1、串口直連等多種網絡方式，實現數據傳輸給后臺系統。
【附圖說明】
[0026]圖1是實施例中涉及的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置的構成示意圖；
[0027]圖2是實施例中涉及的信號采集電路板上的電路結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面就以具體實施例對本實用新型所涉及的超聲波采集裝置的結構及工作原理作進一步闡述:
[0029]參見圖1所示，本實施例提供的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置包括激光器1、可分為N路的光分路器2、N個光環形器4、N個光纖接口 5、N個光電轉換器9、一塊信號采集電路板8、外殼10等，光環形器4與光電轉換器9相對應，其數量N與光纖接口5的數量相同，每個光纖接口 5中的信號單獨被采集，互不干涉。除了 EFPI傳感器以外，以上的光處理器件和電路器件都集成在外殼10內，結構簡單緊湊。
[0030]所述激光器I通過光纖3與光分路器2相連，用于產生光源信號。光分路器2通過N路并行設置的單模光纖3與N個光環形器4的輸入端口 41相連;N個光環形器4的探測端口 42通過N路并行設置的單模光纖3與裝置外殼10上的不同的光纖接口 5連接，光纖接口 5用于連接外部的光纖EFPI傳感器;N個光環形器4的輸出端口 43通過N路并行的單模光纖3與信號采集電路板8上面的N個光電轉換器9對應相連，光環形器4是只允許某端的入射光從確定端口輸入而反射光從另一端口輸出的非互易性器件，為保證光纖沿指定路徑傳播，因此需使用光環形器4。在本實施例中為了簡化結構，多個光電轉換器9依次焊接在信號采集電路板8上，信號采集電路板8用于接受和處理該光電轉換器9轉化形成的電信號并與外部通訊連接。
[0031]作為本實施例中的優選方案，所述的激光器I為窄帶光源激光器，該窄帶光源激光器的單色光波長為1550nm或1310nm，所述窄帶光源激光器優選采用為SLED激光器。光電轉換器9優先選擇采用PIN光電二極管，具有入射光量和輸出電流的線性好，響應速度快，輸出誤差小，環境溫度變化所引起的輸出變動小，制作簡單，可靠性高的特點。上述超聲波采集裝置可對多路超聲波信號同步采集，一般來說所述光纖接口的數量N為I至16之間，具體數量可根據傳感器的實際情況而設定。
[0032]參見圖2所示，所述信號采集電路板8是多個功能模塊高度集成的信號采集板卡，其上具有電信號處理模塊12和用于外部的后臺系統通信的通訊模塊14以及控制模塊13，該電信號處理模塊12包括用于采集所述光電轉換器9產生的電信號的采集電路15、用于根據信號幅值大小進行自動增益的放大電路16和模數轉換電路17，模數轉換電路17轉化形成帶通濾波的數字波形信號。其中信號采集、放大部分采用三級放大，且放大倍數可配置和可自動調節。
[0033]再參見圖1所示，在所述信號采集電路板8上設置有用于輸出信號的以太網接口U，所述超聲波采集裝置可通過該以太網接口 11輸出數字波形信號并通過以太網傳輸給后臺系統。該超聲波采集裝置還包括可連接外部電源的電源適配板7，電源適配板7還連接有一設置在外殼10上的電源指示燈6，電源適配板7通過3條電源線給窄帶光源激光器1、信號采集電路板8、電源指示燈6供電。信號采集電路板8上面的以太網接口 11主要有兩個通訊線端子座直接裝配在裝置外殼10上，一個是以太網RJ45端子座，用于負責與后臺系統的數據通訊;另一個是DB9的RS232插座，用于裝置本身的固件下載和配置。
[0034]本實用新型首次提出將上述所描述的對應多路光纖EFPI傳感器的光源、光處理器件、信號采集、模數轉換、數據通訊、采集控制、電源適配等功能器件集中裝配在同一個外殼內，形成一個功能獨立的、便于安裝的采集裝置。光纖EFPI傳感器直接連接到超聲波采集裝置的光纖接口，不在需要任何其他的輔助器件即可工作。超聲波采集裝置的輸出信號，為經過處理的數字波形信號，可以方便的在以太網絡中傳輸，便于后臺系統的數據處理和診斷分析。
[0035]以上實施例僅為本說明書為便于理解【實用新型內容】所列舉的部分實施方式，并非對本實用新型的技術方案進行的任何限定，也非所有可實施方案的窮舉，故凡是對本實用新型的結構、流程或步驟所做出的任何微小改進或等效替代，均應包含在其保護范圍之內。
【主權項】
1.一種基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于包括: 外殼，在該外殼上設置有多個用于連接光纖EFPI傳感器的光纖接口；以及設置在外殼內的: 激光器，用于產生光源信號； 光分路器，通過光纖與該激光器連接； 多個光環形器，數量與所述光纖接口相同，該多個光環形器的輸入端口通過并行設置的多路光纖與所述光分路器連接，該多個光環形器上的探測端口通過并行設置的多路光纖與對應的光纖接口連接； 多個光電轉換器，數量與所述光纖接口相同，該多個光環形器上的輸出端口通過并行設置的多路光纖與對應的光電轉換器連接； 信號采集電路板，用于接受和處理該光電轉換器轉化形成的電信號并與外部通訊連接。2.根據權利要求1所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述的激光器為窄帶光源激光器，該窄帶光源激光器的單色光波長為1550nm或1310nmo3.根據權利要求2所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述窄帶光源激光器為SLED激光器。4.根據權利要求1所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述超聲波采集裝置可對多路超聲波信號同步采集，所述光纖接口的數量為I至16之間。5.根據權利要求1所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述信號采集電路板上具有電信號處理模塊和用于外部的后臺系統通信的通訊模塊以及控制模塊，該電信號處理模塊包括用于采集所述光電轉換器產生的電信號的采集電路、用于根據信號幅值大小進行自動增益的放大電路和模數轉換電路。6.根據權利要求5所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:在所述信號采集電路板上設置有用于輸出信號的以太網接口，所述超聲波采集裝置可通過該以太網接口輸出數字波形信號并通過以太網傳輸給后臺系統。7.根據權利要求1所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述超聲波采集裝置還包括可連接外部電源的電源適配板，該電源適配板用于給所述激光器和信號采集電路板供電。8.根據權利要求7所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述電源適配板還連接有一設置在外殼上的電源指示燈。9.根據權利要求1所述的基于光纖EFPI傳感器的超聲波采集裝置，其特征在于:所述光電轉換器為PIN光電二極管。
【文檔編號】G01H9/00GK205483247SQ201521070799
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月17日
【發明人】楊志強, 王偉, 郭晨華
【申請人】楊志強