用于監(jiān)測(cè)閥門泄漏的超高動(dòng)態(tài)范圍全光纖超聲傳感系統(tǒng)*

葉　子，王　超

（復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系，上海200433）

用于監(jiān)測(cè)閥門泄漏的超高動(dòng)態(tài)范圍全光纖超聲傳感系統(tǒng)*

葉子，王超*

（復(fù)旦大學(xué)材料科學(xué)系，上海200433）

本文提出了一種超高動(dòng)態(tài)范圍的全光纖超聲傳感系統(tǒng)，針對(duì)閥門發(fā)生泄漏時(shí)伴隨產(chǎn)生的聲發(fā)射現(xiàn)象，利用光纖的光彈效應(yīng)，將聲發(fā)射現(xiàn)象產(chǎn)生的超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)的相位變化，由光路干涉結(jié)構(gòu)將光信號(hào)的相位改變量轉(zhuǎn)換為兩路干涉輸出信號(hào)的幅度量，通過(guò)相位解調(diào)還原算法和功率譜分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的探測(cè)和提取。經(jīng)過(guò)閥門泄漏實(shí)地測(cè)試驗(yàn)證了全光纖超聲傳感系統(tǒng)的實(shí)用性和可行性，并在實(shí)驗(yàn)室條件下對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行了具體的測(cè)試分析。

光纖傳感；閥門泄漏；超聲檢測(cè)；聲發(fā)射

EEACC:7230E；7820doi:10.3969/j.issn.1004-1699.2016.07.001

光纖傳感技術(shù)自上世紀(jì)七十年代末誕生［1-2］，經(jīng)歷了數(shù)十年的迅猛發(fā)展，至今已在位移傳感［3］，應(yīng)變傳感［4-5］，溫度傳感［6］，速度傳感［7］等多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用。相比于傳統(tǒng)的電學(xué)聲傳感器，光纖傳感器采用光學(xué)原理構(gòu)成，具有靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，可以適應(yīng)強(qiáng)電磁干擾、高溫高壓、原子輻射以及化學(xué)腐蝕等惡劣條件。

在閥門泄漏的情況下，管道內(nèi)傳輸?shù)臍怏w或液體經(jīng)過(guò)泄露處噴射而出時(shí)會(huì)產(chǎn)生高速射流，對(duì)管壁產(chǎn)生沖擊激發(fā)彈性波，為連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)，頻率集中在20 kHz～100 kHz的超聲頻段，且隨著泄漏處縫隙的減小和縫隙兩側(cè)壓強(qiáng)差的增大而增大［8-11］。超聲信號(hào)作為一種機(jī)械波，作用于光纖上時(shí)會(huì)對(duì)光纖產(chǎn)生一定應(yīng)力作用，引起光纖傳光特性的改變，進(jìn)而導(dǎo)致光纖中傳播的光相位發(fā)生與作用應(yīng)力相對(duì)應(yīng)的改變，盡管光相位的改變無(wú)法直接通過(guò)探測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，采用干涉光路結(jié)構(gòu)，可以將光相位的改變轉(zhuǎn)換為干涉結(jié)果中光強(qiáng)的變化，就可以推算還原出外界的超聲信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門泄漏的監(jiān)測(cè)。現(xiàn)有的光纖閥門泄漏監(jiān)測(cè)技術(shù)往往著重于閥門泄漏導(dǎo)致的溫度變化，一方面有其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的延遲性，另一方面，當(dāng)閥門發(fā)生內(nèi)部泄漏時(shí)，其溫度改變往往并不明顯，其實(shí)時(shí)性和靈敏度都難以達(dá)到較高的水平［12］。

1　理論分析

局部的能量快速釋放能夠產(chǎn)生瞬時(shí)彈性波，即聲發(fā)射現(xiàn)象。對(duì)于管道閥門而言，由于管道內(nèi)外較大的壓強(qiáng)差，閥門的泄漏會(huì)導(dǎo)致管道內(nèi)傳輸?shù)母邏航橘|(zhì)（氣體或液體）在泄露處快速釋放，發(fā)射出一定頻率的聲波，且聲波的強(qiáng)度與頻率與閥門泄漏的情況相對(duì)應(yīng)。

以往的研究表明，閥門泄漏產(chǎn)生的連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)的頻率與泄漏處縫隙的大小成反比，與縫隙兩側(cè)壓強(qiáng)差成正比，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的閥門泄漏情況，其伴隨的聲發(fā)射信號(hào)頻率往往集中在20 kHz～100 kHz的超聲頻段，對(duì)于不同閥門不同流體的泄漏情況伴隨產(chǎn)生的聲波信號(hào)能量大小會(huì)出現(xiàn)較大的差異性。要對(duì)能量大小差異性大，頻率集中在20 kHz～100 kHz的超聲頻段的閥門泄漏聲發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍都有極高的要求。采用全光纖干涉結(jié)構(gòu)，利用超聲信號(hào)作用于光纖時(shí)的光彈效應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)的高靈敏度大動(dòng)態(tài)范圍的檢測(cè)。同時(shí)，管道閥門監(jiān)測(cè)環(huán)境往往較為嚴(yán)苛，譬如蒸汽傳輸?shù)母邷嘏c高濕度，石油管道的易燃易爆性等，相較于傳統(tǒng)的傳感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，光纖傳感器在其環(huán)境適應(yīng)性上擁有著無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)［13］。

超聲信號(hào)作用于光纖上時(shí)，能夠引起光纖長(zhǎng)度l和光纖折射率n等光學(xué)傳輸特性的變化，從而引起感應(yīng)光纖中傳輸光相位的變化，即光彈效應(yīng)：ΔΦ=γΔl。光相位的變化與光纖內(nèi)部的軸向應(yīng)變?chǔ)成正比，和外加應(yīng)力成正比，傳輸光相位的改變反映了外界超聲信號(hào)的擾動(dòng)信息，當(dāng)外界擾動(dòng)幅度增大時(shí)，作用于感應(yīng)光纖上的外加應(yīng)力增大，導(dǎo)致光相位改變?chǔ)う翟龃蟆Ｓ捎谕饨缧盘?hào)的大小影響的是傳輸光的相位改變而非幅度，而利用干涉技術(shù)能夠檢測(cè)出任意大小的相位變化，因此相位調(diào)制型的光纖傳感器對(duì)超聲信號(hào)檢測(cè)的動(dòng)態(tài)范圍要遠(yuǎn)高于其他調(diào)制類型。同時(shí)，光纖中傳輸?shù)南辔皇芡饨缬绊懙撵`敏度很高，對(duì)于微弱的超聲信號(hào)也能夠?qū)崿F(xiàn)靈敏檢測(cè)。

為間接檢測(cè)光纖中的光相位變化，本文采用圖1中所示全光纖白光干涉技術(shù)，將光相位變化轉(zhuǎn)化為光強(qiáng)變化，通過(guò)對(duì)光強(qiáng)信號(hào)的解調(diào)還原，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的檢測(cè)。

在該結(jié)構(gòu)中所有光路結(jié)構(gòu)均為普通單模光纖，激光源采用的是寬光譜激光器，中心波長(zhǎng)1 550 nm，譜寬為36 nm，出光功率大于3 dbm，功率穩(wěn)定性24 h變化率小于0.5%。感應(yīng)光纖末端與法拉第旋轉(zhuǎn)鏡相連，相較于普通反射頭，法拉第旋轉(zhuǎn)鏡能夠有效地消除部分光纖偏振變化的影響。這樣的反射結(jié)構(gòu)不僅實(shí)現(xiàn)了傳輸光去程與回程均通過(guò)超聲信號(hào)作用的感應(yīng)光纖，在相同外界信號(hào)激勵(lì)的環(huán)境下使得相位靈敏度提高一倍，而且能夠有效避免感應(yīng)光纖的偏振態(tài)隨機(jī)變化對(duì)干涉系統(tǒng)的影響［14］。

圖1　全光纖白光干涉結(jié)構(gòu)

光源發(fā)出的一定功率的寬光譜激光，經(jīng)3×3耦合器均分為三束，形成四條光束路徑：1：A→B→C→B→D→E→F→G→F→H→I；2：I→H→F→G→F→E→D→B→C→B→A；3：A→B→C→B→D→E→F→G→F→E→D→B→C→B→A；4：I→H→F→G→F→G→F→H→I。由于光纖延遲線長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于激光器的相干長(zhǎng)度，只有沿路徑1和路徑2傳播的光束能在3×3耦合器處能夠發(fā)生干涉。而未參與相干涉的光及兩路在外界沒(méi)有擾動(dòng)信號(hào)時(shí)通過(guò)相同傳輸路徑的干涉光構(gòu)成了系統(tǒng)的靜態(tài)光信號(hào)，最終形成了探測(cè)電路的直流電平。通過(guò)硬件電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔直，一方面可以有效地隔離不對(duì)稱的滯留部分，另一方面提高了后續(xù)放大電路輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。由于該全光纖白光干涉結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)范圍主要受到信號(hào)探測(cè)部份的帶寬和采樣率的限制，兩路輸出干涉信號(hào)通過(guò)高帶寬光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳輸至高采樣率高帶寬示波器進(jìn)行波形顯示和采集。

根據(jù)干涉儀3×3耦合器3個(gè)相位輸出的互補(bǔ)對(duì)稱特性，可以將輸出的兩路交流信號(hào)表示為［15］：

其中，φ（t）為系統(tǒng)感應(yīng)的外界信號(hào)，A（t）和B（t）是耦合器分配不均勻且經(jīng)過(guò)放大器放大后所產(chǎn)生的幅度系數(shù)，A（t）、B（t）為受溫度影響的緩變量，為一受溫度影響的變量，短時(shí)間內(nèi)可視為常數(shù)，?1和?2是系統(tǒng)的初始相位，對(duì)于3×3耦合器通常可取為常數(shù)2π/3。上式中我們可以看到，外界信號(hào)φ（t）大小的改變僅僅對(duì)應(yīng)cos函數(shù)的相位改變，而不會(huì)影響兩路交流信號(hào)的最大幅值，即系統(tǒng)的最大檢測(cè)幅度不受探測(cè)器探測(cè)幅值的限制，而僅僅受限于探測(cè)采集部分的采樣率和最大帶寬。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集技術(shù)使得探測(cè)采樣率能夠達(dá)到GHz數(shù)量級(jí)，在采用高帶寬光電轉(zhuǎn)換器的情況下，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍能夠得到極大地提升。

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由上面的分析可知，干涉信號(hào)的相位差對(duì)應(yīng)著超聲信號(hào)的變化，所以只要將φ（t）通過(guò)算法還原出來(lái)，就可以反映出原始超聲信號(hào)的大小。解調(diào)分析過(guò)程如圖2

圖2　數(shù)據(jù)處理

由等式（2），我們已知兩路干涉信號(hào)與外界擾動(dòng)信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，采集到的兩路干涉信號(hào)數(shù)據(jù)dataX和dataY相當(dāng)于對(duì)等式（2）進(jìn)行了離散化處理。同時(shí)為消除實(shí)際情況中由于各種因素引起的兩路信號(hào)的幅值差異和硬件上進(jìn)行的濾除直流分量處理帶來(lái)的影響，需要對(duì)dataX和dataY進(jìn)行歸一化處理之后再相位解調(diào)還原得到外界擾動(dòng)信息。

當(dāng)外界信號(hào)較大，作用在感應(yīng)光纖上時(shí)引起的相位改變超過(guò)2π，根據(jù)等式2，兩路干涉信號(hào)的極大值和極小值對(duì)應(yīng)于±A-Acosφ1和±B-Bcosφ2，據(jù)此可求出A、B、cosφ1、cosφ2，帶回到式（2）中，根據(jù)已知的兩路干涉信號(hào)數(shù)據(jù)x（t）和y（t）即可求解出φ（t）［16］。

而當(dāng)外界信號(hào)引起的相位改變小于2π時(shí)，信號(hào)極為微弱，此時(shí)有sinφ（t）≈φ（t），可對(duì)兩路干涉信號(hào)進(jìn)行直接相減得到還原信號(hào)。

還原得到的信號(hào)波形經(jīng)過(guò)一個(gè)20 kHz至100 kHz的帶通濾波器，只保留閥門泄漏引起的超聲信號(hào)存在的頻段，濾除其他干擾頻段的影響，即得到作用于感應(yīng)光纖的閥門泄漏引起的原始超聲信號(hào)。由于超聲波在空氣中衰減較快，信號(hào)強(qiáng)度不大，且夾雜有外界其他信號(hào)的干擾，原始的還原信號(hào)波形并不是規(guī)律的固定頻率的正弦波形，直接對(duì)原始超聲信號(hào)波形觀察通常無(wú)法實(shí)現(xiàn)肉眼辨識(shí)，也無(wú)法對(duì)其頻率進(jìn)行較為準(zhǔn)確的判定，因此需要通過(guò)對(duì)還原得到的超聲信號(hào)通過(guò)傅里葉變換采用頻譜分析，觀察不同頻率上能量的累積來(lái)判斷超聲信號(hào)的有無(wú)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門泄漏的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)告警。

2　實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)測(cè)試分為實(shí)地閥門泄露應(yīng)用測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室超聲信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試兩個(gè)部分。

在實(shí)地閥門泄露應(yīng)用測(cè)試中，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)搭建如圖3所示結(jié)構(gòu)。

圖3　全光纖超聲傳感系統(tǒng)監(jiān)測(cè)閥門泄露

全光纖超聲傳感主機(jī)平穩(wěn)放置于管道測(cè)試間隔壁操控室內(nèi)的工作臺(tái)上，將顯示器通過(guò)連接線與主機(jī)相連，傳輸光纜采用20 m左右長(zhǎng)度的普通單模光纖，一端接入全光纖超聲傳感主機(jī)，另一端與感應(yīng)光纖相連。其中，感應(yīng)光纖由50 m普通單模裸纖以圓環(huán)形態(tài)［17］緊密繞制，尾端連接反射頭，整體附著固定于方形金屬薄板上，置于兩泄漏閥門之間的地面上，距離閥門高度約為30 cm，兩閥門間距約為30 cm。如圖4所示。

圖4　閥門泄露監(jiān)測(cè)環(huán)境

閥門所處管道結(jié)構(gòu)中傳輸?shù)慕橘|(zhì)為氣體介質(zhì)。對(duì)于傳輸氣體介質(zhì)的管道而言，為保證氣體介質(zhì)在閥門開啟狀態(tài)下能夠在管道中以一定速度進(jìn)行運(yùn)輸，在閥門正常關(guān)閉無(wú)泄漏時(shí)，閉合處兩側(cè)有著巨大的壓強(qiáng)差。而當(dāng)兩側(cè)閥門處于泄漏狀態(tài)，泄露處兩側(cè)巨大的壓強(qiáng)差使得泄露氣體處于高速迸發(fā)狀態(tài)導(dǎo)致聲發(fā)射產(chǎn)生超聲波信號(hào)。超聲信號(hào)在空氣中衰減較快，感應(yīng)光纖盡量靠近內(nèi)漏閥門附近，并且裸纖對(duì)高頻振動(dòng)信號(hào)（超聲信號(hào)）靈敏度較高。在實(shí)際應(yīng)用中，感應(yīng)光纖的形態(tài)可以根據(jù)待監(jiān)測(cè)管道閥門的形態(tài)進(jìn)行改良，在保證損耗較小的情況下，對(duì)同一待測(cè)位置的感應(yīng)光纖越長(zhǎng)，則對(duì)該處發(fā)生泄漏時(shí)的感應(yīng)靈敏度也相應(yīng)越高。

測(cè)試結(jié)果如圖5，dataX，dataY分別為兩路回光經(jīng)過(guò)干涉將回光相位差轉(zhuǎn)換為光強(qiáng)信號(hào)，光強(qiáng)信號(hào)再經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后采集得到的數(shù)據(jù)，橫坐標(biāo)為數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)，采樣頻率為5 MHz，縱坐標(biāo)為經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換后電信號(hào)的電壓幅度（V），采用相位還原算法，還原解調(diào)出的超聲信號(hào)波形如圖中PHASE所示，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于采樣點(diǎn)數(shù)，可通過(guò)采樣頻率轉(zhuǎn)換為時(shí)間參數(shù)，縱坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于相位改變的弧度，可觀察到PHASE波形為較為明顯的周期信號(hào)，且頻率處于超聲信號(hào)頻段。PSD為對(duì)還原信號(hào)進(jìn)行功率譜分析的結(jié)果，橫坐標(biāo)對(duì)應(yīng)頻率（Hz），縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的功率大小（dB），可觀察到兩個(gè)較強(qiáng)的波峰分別出現(xiàn)在27 kHz和37 kHz處，說(shuō)明感應(yīng)光纖感應(yīng)到的兩不同頻率的超聲信號(hào)，頻率分別為27 kHz和37 kHz，為兩處閥門泄漏情況不同導(dǎo)致超聲信號(hào)頻率的差異。

圖5　閥門泄露信號(hào)頻譜

由于實(shí)地測(cè)試環(huán)境的復(fù)雜性和干擾的多樣性，對(duì)全光纖超聲傳感系統(tǒng)的測(cè)試著重于功能的定性分析。

為對(duì)超聲傳感系統(tǒng)進(jìn)行定量測(cè)試，研究其動(dòng)態(tài)范圍，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，如圖6所示。采用超聲波發(fā)聲器作為超聲波源產(chǎn)生固定頻率為40 kHz超聲信號(hào)，模擬閥門泄漏產(chǎn)生的超聲信號(hào)，功率大小可調(diào)。感應(yīng)光纖由兩百米裸光纖繞制成圓環(huán)形態(tài)以進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的感應(yīng)靈敏度。光電探測(cè)器帶寬為200 M，數(shù)據(jù)采集由示波器完成，采樣頻率為10 GHz。

圖6　全光纖超聲傳感系統(tǒng)

將超聲波發(fā)生器功率調(diào)至最小，開啟超聲波發(fā)生器、示波器和信號(hào)處理軟件。從小到大逐漸增大超聲波發(fā)生器的功率，在信號(hào)處理軟件界面觀察超聲還原探測(cè)結(jié)果。由于超聲信號(hào)頻率固定為40 kHz，在動(dòng)態(tài)范圍檢測(cè)實(shí)驗(yàn)中，主要關(guān)注于還原得到的超聲信號(hào)波形能夠觀測(cè)到的最小和最大的幅度。

當(dāng)超聲信號(hào)很小時(shí)，相位調(diào)制小于2π，對(duì)兩路干涉信號(hào)進(jìn)行小信號(hào)相位還原，結(jié)果如圖7所示，其中dataX，dataY分別為示波器采集到的兩路干涉信號(hào)，phase為還原得到的超聲信號(hào)，三者的橫坐標(biāo)均為采樣點(diǎn)數(shù)，兩路原始信號(hào)縱坐標(biāo)為光電轉(zhuǎn)換后得到的電信號(hào)的幅度（V），還原得到的phase縱坐標(biāo)為相位改變的弧度值，可觀察到phase波形為近似正弦的周期波形，頻率為40 kHz，與超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻率相符，Vpp為超聲信號(hào)的幅值變化情況，在肉眼可識(shí)別為幾近正弦信號(hào)的情況下，最小幅值可低至0.395 4。當(dāng)超聲波發(fā)生器功率進(jìn)一步減小時(shí)，檢測(cè)到的超聲信號(hào)過(guò)于微弱淹沒(méi)在外界干擾的噪聲信號(hào)中難以辨別。

圖7　小信號(hào)測(cè)試結(jié)果

當(dāng)超聲信號(hào)很大時(shí)，相位調(diào)制大于2π，根據(jù)兩路交流信號(hào)輸出的形式，對(duì)dataX和dataY采用相位還原算法進(jìn)行解調(diào)，如圖8給出了在超聲波發(fā)生器功率較大情況下兩個(gè)多周期的相位還原結(jié)果，其坐標(biāo)參數(shù)與圖7相同。檢測(cè)到的超聲信號(hào)頻率為40 kHz，與超聲波發(fā)生器產(chǎn)生的超聲頻率相符，在不出現(xiàn)截止的情況下，最大峰峰值可高達(dá)5 293.5。當(dāng)超聲波發(fā)生器的功率進(jìn)一步增大時(shí)，由于受到光電轉(zhuǎn)換帶寬和示波器采樣速率的限制，信號(hào)會(huì)出現(xiàn)失真。

由以上結(jié)果可得到本超聲傳感系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍可高達(dá)20×lg（5293.5/0.3954）=82.5431 dB，對(duì)大信號(hào)和小信號(hào)情況均可實(shí)現(xiàn)靈敏監(jiān)測(cè)。通過(guò)進(jìn)一步增加感應(yīng)光纖長(zhǎng)度，光電轉(zhuǎn)換器帶寬和采樣頻率可進(jìn)一步增大該系統(tǒng)的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。

圖8　大信號(hào)測(cè)試結(jié)果

3　結(jié)語(yǔ)

本文基于閥門泄漏時(shí)伴隨存在的聲發(fā)射現(xiàn)象提出了一種應(yīng)用于監(jiān)測(cè)閥門泄露的超高動(dòng)態(tài)范圍全光纖超聲傳感系統(tǒng)，擁有光纖傳感系統(tǒng)優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性，穩(wěn)定性，無(wú)源，抗腐蝕抗電磁干擾，耐高溫等傳統(tǒng)超聲傳感系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，適用于管道閥門泄漏監(jiān)測(cè)這類較為特殊的嚴(yán)苛環(huán)境。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室超聲信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試，該系統(tǒng)能夠在確保超聲信號(hào)監(jiān)測(cè)靈敏性和準(zhǔn)確性的前提下達(dá)到82.5 dB以上的動(dòng)態(tài)范圍，并且在實(shí)地閥門泄露應(yīng)用測(cè)試中對(duì)于不同管道閥門傳輸流體的泄露情況均實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)而及時(shí)的探測(cè)報(bào)警，特別是當(dāng)待測(cè)點(diǎn)附近發(fā)生多處泄漏時(shí)，可通過(guò)泄漏情況不同導(dǎo)致的超聲信號(hào)頻率差異來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)泄漏監(jiān)測(cè)，能夠直觀便捷地為檢修人員提供泄露情況參考，具有較高的應(yīng)用價(jià)值和前景。

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葉子（1992-），女，碩士研究生，主要研究方向?yàn)楣饫w傳感技術(shù)及其信號(hào)處理等，13210300034@fudan.edu.cn；

王超（1982-），通訊作者，男，副研究員，主要研究方向?yàn)楣饫w傳感技術(shù)與信號(hào)處理等，wangchao@fudan.edu.cn。

A High Dynamic Range All-Fiber Ultra-Acoustic Pressure Sensing System for Detection of Valve Leakage*

YE Zi，WANG Chao*
（Department of Material Science，F(xiàn)udan University，Shanghai 200433，China）

A novel high dynamic range all-fiber ultra-acoustic pressure sensing system for detection of ultra-acoustic waves emission caused by valve leakage is introduced in this paper.Based on photoelastic effect，the ultra-acoustic waves acting on sensing fiber can cause phase changes of the light transmitting in the sensing optic fiber.The interference structure in the sensing system converses phase changes into the intensity of two interference signals. Through demodulation and power spectrum analysis，the information of original ultra-acoustic signals can be extracted.The system's practicability and effectiveness is proved by field testing and its dynamic range is calculated under laboratory conditions.

fiber sensing；valve leakage；ultra-acoustic detection；acoustic emission

TP212.14

A

1004-1699（2016）07-0957-05

項(xiàng)目來(lái)源：國(guó)家儀器項(xiàng)目（（NIP）項(xiàng)目（2014YQ090709）

2016-01-21修改日期：2016-03-09