1. 研究目的与意义（文献综述）

超声波由于其方向性好、穿透性强等优势，在结构探伤、医疗检查、成像等诸多领域得到广泛应用，但随着应用环境和探测条件的不断丰富，基于压电换能器（piezoelectric transducer, PZT）的传统超声波探测手段不断显现出其局限性。由于PZT是基于机械共振的方式感测超声波，其响应频带决定于自身的结构，表现为带宽窄，且不适合复用。光纤超声传感器与传统常规传感检测技术相比，可以极好地解决响应频带窄的问题，适用于宽频带微弱信号检测，且传感系统复用性高，具有很高的实用价值。

自1996年D.J.Weeb等人首次实现基于FBG的超声波探测以来，人们对光纤光栅超声传感器进行了很多研究，人们一直在探寻高灵敏度的光纤光栅超声传感器。目前研究比较多的是利用窄脉冲激光器来实现信号的解调，提高解调速度，不过器件成本高。光纤光栅超声传感器的原理是FBG在超声波作用下其特性参数（介质折射率、光栅周期）发生变化，导致其中心反射波长发生偏移，检测和分析其偏移量即可得到超声波的相关信息。相比于应力、温度等传统探测对象而言，超声波具有显著的动态特征，光纤光栅传感系统中常见的强度解调、可调谐窄带光源检测和边沿滤波等典型的传感解调技术不再适用于高频信号解调，找到合适的光纤光栅超声传感器信号解调方式是超声波信号动态解调的一个难点。

从目前的报道来看，在对信号进行动态解调时采用的非平衡Mach-Zehnder型干涉法的光纤光栅超声传感器灵敏度会受到器件制造水平、元件响应速度等许多因素的限制。本次毕设希望在对比分析各种解调方式的基础上，找到一种合理的信号的动态解调方法，是光纤光栅超声波探测器能在超声波探测方面有更多的应用。设计将采用OptiGrating软件对光纤光栅进行仿真，掌握各光纤光栅参数的变化对最后结果的影响，以便将光纤光栅更好的应用于超声波探测。

2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

了解各类光纤超声传感器，对比分析各类传感器的优劣；掌握光纤光栅超声传感器的基本工作原理，尝试理论分析并建立光纤光栅反射波长与被测超声波参数的对应关系。通过仿真和理论分析提出一种合理的可以实现高速动态解调的光纤光栅超声传感系统。

研究目标

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，明确研究内容，掌握光纤光栅超声传感器的工作原理，建立光纤光栅反射波长与被测超声波参数的对应关系，完成开题报告；

第4- 6周：完成英文文献翻译，进一步明确研究目标，比较光纤光栅反射波长的动态检测方法，选择并掌握其中一种信号解调方法，并进行相关仿真分析；

第7- 9周：搭建实验系统，实现对超声波信号的检测；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 乔学光，邵志华，包维佳，荣强周．光纤超声传感器及应用研究进展[j]．物理学报，vol.66, no. 7 (2017) 074205

[2] 张能著.基于光纤光栅的光声成像系统的研究与应用[d]. 电子科技大学,2016.

[3] d.j.webbet al.miniature fiber optic ultrasonic probe.proc.spie,vol.pp.76-80,1996