基于光纤efpi传感器的超声波采集装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置,其包括有：外壳，在该外壳上设置有多个用于连接光纤EFPI传感器的光纤接口；以及激光器，用于产生光源信号；光分路器，通过光纤与该激光器连接；多个光环形器，该多个光环形器的输入端口通过并行设置的多路光纤与所述光分路器连接，该多个光环形器上的探测端口通过并行设置的多路光纤与对应的光纤接口连接；多个光电转换器，数量与所述光纤接口相同，该多个光环形器上的输出端口通过并行设置的多路光纤与对应的光电转换器连接；信号采集电路板，用于接受和处理该光电转换器转化形成的电信号并与外部通讯连接。该超声波采集装置可适用多种工业设备以及水下领域的高频快速超声波信号监测。
【专利说明】
基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置
技术领域
[0001]本实用新型属于超声波信号采集和检测的技术领域，特别涉及一种基于光纤EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕罗干涉型传感器)传感器进行超声波信号采集的装置。
【背景技术】
[0002]目前国内外工业设备用超声波信号监测有多种方法，压电超声法检测法是最普及的方法，但传感器是贴在设备外壳上的，其检测设备内部的超声波信号，不易受到电磁噪声的干扰，但灵敏度不高。也有将压电传感器放置在设备外壳的内部，在液体中检测超声波信号的，但由于压电超声传感器在液体中检测灵敏度也不高，同时不能放在强电场中，或带高电压部位处进行测量，使其检测方法受到限制。
[0003]光超声波法传感器具有体积小、损耗低、干扰小、绝缘性能好和防燃防腐蚀的优点而具有广泛的应用前景。光超声波法包括光纤光栅测超声振动法和光纤干涉测超声振动法，光纤干涉法测超声振动法有三种办法:光纤迈克尔逊(Michelson)干涉法、光纤马赫-泽德尔干涉(Mach-Zehnder)法和法布里-帕罗(Fabry-Perot)干涉法。迈克尔逊法检测系统的灵敏度不高，且在在超声波传播的多路径间题;光纤马赫-泽德尔干涉法解调频率响应不够高、结构复杂，对设备要求高;光纤法布基里-帕罗法则具有结构简单，体积小，高可靠性，高灵敏度，快速响应，抗干扰能力强等优点，受到人们普遍的关注。
[0004]目前现有技术中研究的光纤EFPI(extrinsicFabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕罗干涉型传感器)，主要用于温度、应变、压力等缓变量的测量，尚不适合高频快速的超声波信号检测。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种基于使用光纤EFPI(extrinsic Fabry-Perot interferometer，外腔式法布里-帕罗干涉型传感器)传感器进行超声信号采集的装置，以适用于多种工业设备高频快速的的超声波信号监测，并可广泛应用于多领域的水下超声波信号监测。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下:
[0007]本实用新型涉及的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置包括有以下部分:
[0008]外壳，在该外壳上设置有多个用于连接光纤EFPI传感器的光纤接口 ；以及设置在外壳内的:
[0009]激光器，用于产生光源信号；
[0010]光分路器，通过光纤与该激光器连接；
[0011]多个光环形器，数量与所述光纤接口相同，该多个光环形器的输入端口通过并行设置的多路光纤与所述光分路器连接，该多个光环形器上的探测端口通过并行设置的多路光纤与对应的光纤接口连接；
[0012]多个光电转换器，数量与所述光纤接口相同，该多个光环形器上的输出端口通过并行设置的多路光纤与对应的光电转换器连接；
[0013]信号采集电路板，用于接受和处理该光电转换器转化形成的电信号并与外部通讯连接。
[0014]优选的，所述的激光器为窄带光源激光器，该窄带光源激光器的单色光波长为1550nm或1310nmo
[0015]进一步，所述窄带光源激光器为SLED激光器。
[0016]优选的，所述超声波采集装置可对多路超声波信号同步采集，所述光纤接口的数量为I至16之间。
[0017]进一步，所述信号采集电路板上具有电信号处理模块和用于外部的后台系统通信的通讯模块以及控制模块，该电信号处理模块包括用于采集所述光电转换器产生的电信号的采集电路、用于根据信号幅值大小进行自动增益的放大电路和模数转换电路。
[0018]进一步，在所述信号采集电路板上设置有用于输出信号的以太网接口，所述超声波采集装置可通过该以太网接口输出数字波形信号并通过以太网传输给后台系统。
[0019]进一步，所述超声波采集装置还包括可连接外部电源的电源适配板，该电源适配板用于给所述激光器和信号采集电路板供电。
[0020]进一步，所述电源适配板还连接有一设置在外壳上的电源指示灯。
[0021 ]优选的，所述光电转换器为PIN光电二极管。
[0022]本实用新型的有益效果在于其能方便的应用于多路光纤EFPI传感器，进行超声波信号的采集、处理和传输，通过输出数字信号给后台系统，以便于后台系统对信号数据进行处理，进行自动的检测和诊断。其技术优势主要体现在以下几个方面:
[0023]1、本超声波采集装置具有高度集成，简易安装、操作方便等特点。将主光路器件(除传感器外)和多个电路子模块等高度集成在外壳内，形成一体机，可以方便的安装应用于各种复杂的环境条件下。
[0024]2、本超声波采集装置具有灵敏度高，抗干扰能力强的特点。本装置设计使用光纤EFPI传感器，保证了信号源的高灵敏度，同时装置本身具有多级放大电路，并且放大倍数根据信号幅值自动调节，能同时兼顾不同大小的输入信号。该装置本身的设计达到EMC4级水平，在各种强电磁干扰情况下，装置性能不会受到影响。
[0025]3、本超声波采集装置通过以太网接口输出数字波形信号，可实现远程在线监测。本装置设计为当前普遍适用的以太网接口方式，向后台系统输出数字波形信号，可直接通过局域网、外部互联网、WIF1、串口直连等多种网络方式，实现数据传输给后台系统。
【附图说明】
[0026]图1是实施例中涉及的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置的构成示意图；
[0027]图2是实施例中涉及的信号采集电路板上的电路结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面就以具体实施例对本实用新型所涉及的超声波采集装置的结构及工作原理作进一步阐述:
[0029]参见图1所示，本实施例提供的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置包括激光器1、可分为N路的光分路器2、N个光环形器4、N个光纤接口 5、N个光电转换器9、一块信号采集电路板8、外壳10等，光环形器4与光电转换器9相对应，其数量N与光纤接口5的数量相同，每个光纤接口 5中的信号单独被采集，互不干涉。除了 EFPI传感器以外，以上的光处理器件和电路器件都集成在外壳10内，结构简单紧凑。
[0030]所述激光器I通过光纤3与光分路器2相连，用于产生光源信号。光分路器2通过N路并行设置的单模光纤3与N个光环形器4的输入端口 41相连;N个光环形器4的探测端口 42通过N路并行设置的单模光纤3与装置外壳10上的不同的光纤接口 5连接，光纤接口 5用于连接外部的光纤EFPI传感器;N个光环形器4的输出端口 43通过N路并行的单模光纤3与信号采集电路板8上面的N个光电转换器9对应相连，光环形器4是只允许某端的入射光从确定端口输入而反射光从另一端口输出的非互易性器件，为保证光纤沿指定路径传播，因此需使用光环形器4。在本实施例中为了简化结构，多个光电转换器9依次焊接在信号采集电路板8上，信号采集电路板8用于接受和处理该光电转换器9转化形成的电信号并与外部通讯连接。
[0031]作为本实施例中的优选方案，所述的激光器I为窄带光源激光器，该窄带光源激光器的单色光波长为1550nm或1310nm，所述窄带光源激光器优选采用为SLED激光器。光电转换器9优先选择采用PIN光电二极管，具有入射光量和输出电流的线性好，响应速度快，输出误差小，环境温度变化所引起的输出变动小，制作简单，可靠性高的特点。上述超声波采集装置可对多路超声波信号同步采集，一般来说所述光纤接口的数量N为I至16之间，具体数量可根据传感器的实际情况而设定。
[0032]参见图2所示，所述信号采集电路板8是多个功能模块高度集成的信号采集板卡，其上具有电信号处理模块12和用于外部的后台系统通信的通讯模块14以及控制模块13，该电信号处理模块12包括用于采集所述光电转换器9产生的电信号的采集电路15、用于根据信号幅值大小进行自动增益的放大电路16和模数转换电路17，模数转换电路17转化形成带通滤波的数字波形信号。其中信号采集、放大部分采用三级放大，且放大倍数可配置和可自动调节。
[0033]再参见图1所示，在所述信号采集电路板8上设置有用于输出信号的以太网接口U，所述超声波采集装置可通过该以太网接口 11输出数字波形信号并通过以太网传输给后台系统。该超声波采集装置还包括可连接外部电源的电源适配板7，电源适配板7还连接有一设置在外壳10上的电源指示灯6，电源适配板7通过3条电源线给窄带光源激光器1、信号采集电路板8、电源指示灯6供电。信号采集电路板8上面的以太网接口 11主要有两个通讯线端子座直接装配在装置外壳10上，一个是以太网RJ45端子座，用于负责与后台系统的数据通讯;另一个是DB9的RS232插座，用于装置本身的固件下载和配置。
[0034]本实用新型首次提出将上述所描述的对应多路光纤EFPI传感器的光源、光处理器件、信号采集、模数转换、数据通讯、采集控制、电源适配等功能器件集中装配在同一个外壳内，形成一个功能独立的、便于安装的采集装置。光纤EFPI传感器直接连接到超声波采集装置的光纤接口，不在需要任何其他的辅助器件即可工作。超声波采集装置的输出信号，为经过处理的数字波形信号，可以方便的在以太网络中传输，便于后台系统的数据处理和诊断分析。
[0035]以上实施例仅为本说明书为便于理解【实用新型内容】所列举的部分实施方式，并非对本实用新型的技术方案进行的任何限定，也非所有可实施方案的穷举，故凡是对本实用新型的结构、流程或步骤所做出的任何微小改进或等效替代，均应包含在其保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于包括: 外壳，在该外壳上设置有多个用于连接光纤EFPI传感器的光纤接口；以及设置在外壳内的: 激光器，用于产生光源信号； 光分路器，通过光纤与该激光器连接； 多个光环形器，数量与所述光纤接口相同，该多个光环形器的输入端口通过并行设置的多路光纤与所述光分路器连接，该多个光环形器上的探测端口通过并行设置的多路光纤与对应的光纤接口连接； 多个光电转换器，数量与所述光纤接口相同，该多个光环形器上的输出端口通过并行设置的多路光纤与对应的光电转换器连接； 信号采集电路板，用于接受和处理该光电转换器转化形成的电信号并与外部通讯连接。2.根据权利要求1所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述的激光器为窄带光源激光器，该窄带光源激光器的单色光波长为1550nm或1310nmo3.根据权利要求2所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述窄带光源激光器为SLED激光器。4.根据权利要求1所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述超声波采集装置可对多路超声波信号同步采集，所述光纤接口的数量为I至16之间。5.根据权利要求1所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述信号采集电路板上具有电信号处理模块和用于外部的后台系统通信的通讯模块以及控制模块，该电信号处理模块包括用于采集所述光电转换器产生的电信号的采集电路、用于根据信号幅值大小进行自动增益的放大电路和模数转换电路。6.根据权利要求5所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:在所述信号采集电路板上设置有用于输出信号的以太网接口，所述超声波采集装置可通过该以太网接口输出数字波形信号并通过以太网传输给后台系统。7.根据权利要求1所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述超声波采集装置还包括可连接外部电源的电源适配板，该电源适配板用于给所述激光器和信号采集电路板供电。8.根据权利要求7所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述电源适配板还连接有一设置在外壳上的电源指示灯。9.根据权利要求1所述的基于光纤EFPI传感器的超声波采集装置，其特征在于:所述光电转换器为PIN光电二极管。
【文档编号】G01H9/00GK205483247SQ201521070799
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2015年12月17日
【发明人】杨志强, 王伟, 郭晨华
【申请人】杨志强