光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng).pdf

1、隨著科學技術的進步,現(xiàn)代工程建筑結構、機械裝備、電力水利、航空航天等已經向大型化、集成化、復雜化方向發(fā)展。在這些集成且復雜的結構中,可以通過盡早發(fā)現(xiàn)裂紋的位置、性質及擴展情況,及時地發(fā)現(xiàn)損傷的部位及程度來預防事故的發(fā)生。與傳統(tǒng)的無損檢測技術相比,聲發(fā)射檢測技術具有對檢測對象幾何形狀不敏感、可以對被測對象進行動態(tài)評估與實時診斷等優(yōu)點,因此聲發(fā)射檢測技術是一項很有發(fā)展前景的無損檢測技術。
　　 在聲發(fā)射檢測系統(tǒng)中影響系統(tǒng)整體傳感性能

2、最關鍵因素之一是傳感器的選取。傳統(tǒng)的壓電傳感器屬于諧振式高靈敏度傳感器,具有本身阻抗低、轉換效率高、波形穩(wěn)定、介電損耗低且發(fā)熱量小等優(yōu)點,但是其缺點也相當明顯,工作頻率較窄、易受電磁干擾、不能接觸腐蝕環(huán)境等。光纖光柵傳感器具有絕緣性好、無源無電、體積小質量輕、抗電磁干擾、易實現(xiàn)大規(guī)模分布式測量等優(yōu)點,特別是在易燃易爆、高腐蝕的環(huán)境中優(yōu)勢尤為明顯。但在實際搭建光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的過程中面臨一些問題:由于光纖光柵質地比較脆的原因,需要對

3、裸光纖光柵進行適當?shù)姆庋b保護,但在具體的封裝保護過程中,封裝工藝會對光纖光柵的應變傳遞能力產生或多或少的影響,使得光纖光柵感應的應變與被測結構的應變有所差異;傳感系統(tǒng)以光信號為載體來感知與傳輸聲發(fā)射信號,由于外界振動引起的光強變化非常微弱,在系統(tǒng)硬件連接過程中不當?shù)牟僮鲗庑盘柕膫鬏斢绊懞艽?傳感系統(tǒng)需要通過檢測光纖光柵反射光功率的變化來感知聲發(fā)射源信號,因此為了提高系統(tǒng)的檢測精度與信噪比,對系統(tǒng)光源的要求比較高。本論文針對以上存在的問

4、題并結合實際應用背景,研制了一套以光纖光柵聲發(fā)射傳感器為核心的光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng),包括了傳感理論的研究、傳感系統(tǒng)方案設計、傳感系統(tǒng)器件的選擇與搭建、以及搭建系統(tǒng)后進行了大量相關聲發(fā)射實驗與數(shù)據(jù)分析處理等。本論文的主要研究工作有以下幾部分:
　　 1.分析了光纖布拉格光柵的聲發(fā)射傳感理論。詳細研究了聲發(fā)射應力波對光纖光柵中心波長的調制過程;通過建立光纖光柵聲發(fā)射傳感器應變傳感模型研究了光纖光柵應變傳遞規(guī)律,并分析了封裝過程中影

5、響傳感器應變傳遞能力的重要因素。
　　 2.在光纖光柵應變傳遞規(guī)律的指導下,對封裝過程中影響光纖光柵傳感器傳遞能力的因素進行了逐一分析,并且通過實驗研究了封裝基底材料、膠粘劑與封裝尺寸等工藝對光纖光柵傳感器應變傳遞能力的影響,為光纖光柵傳感器設計與封裝提供了指導。
　　 3.設計了具有較好聲發(fā)射信號檢測能力、安裝方便的光纖光柵聲發(fā)射傳感器,并以此為核心研制了一套性能穩(wěn)定的光纖光柵聲發(fā)射檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)在溫度變化不大的情況下