光纖光柵聲發(fā)射傳感系統(tǒng).pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,現(xiàn)代工程建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)械裝備、電力水利、航空航天等已經(jīng)向大型化、集成化、復(fù)雜化方向發(fā)展。在這些集成且復(fù)雜的結(jié)構(gòu)中,可以通過盡早發(fā)現(xiàn)裂紋的位置、性質(zhì)及擴(kuò)展情況,及時(shí)地發(fā)現(xiàn)損傷的部位及程度來預(yù)防事故的發(fā)生。與傳統(tǒng)的無損檢測技術(shù)相比,聲發(fā)射檢測技術(shù)具有對(duì)檢測對(duì)象幾何形狀不敏感、可以對(duì)被測對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估與實(shí)時(shí)診斷等優(yōu)點(diǎn),因此聲發(fā)射檢測技術(shù)是一項(xiàng)很有發(fā)展前景的無損檢測技術(shù)。
　　 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(guān)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(zhuǎn)換效率高、波形穩(wěn)定、介電損耗低且發(fā)熱量小等優(yōu)點(diǎn),但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)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(zhì)量輕、抗電磁干擾、易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式測量等優(yōu)點(diǎn),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(shí)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(zhì)地比較脆的原因,需要對(duì)

3、裸光纖光柵進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b保護(hù),但在具體的封裝保護(hù)過程中,封裝工藝會(huì)對(duì)光纖光柵的應(yīng)變傳遞能力產(chǎn)生或多或少的影響,使得光纖光柵感應(yīng)的應(yīng)變與被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變有所差異;傳感系統(tǒng)以光信號(hào)為載體來感知與傳輸聲發(fā)射信號(hào),由于外界振動(dòng)引起的光強(qiáng)變化非常微弱,在系統(tǒng)硬件連接過程中不當(dāng)?shù)牟僮鲗?duì)光信號(hào)的傳輸影響很大;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(hào),因此為了提高系統(tǒng)的檢測精度與信噪比,對(duì)系統(tǒng)光源的要求比較高。本論文針對(duì)以上存在的問

4、題并結(jié)合實(shí)際應(yīng)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(shè)計(jì)、傳感系統(tǒng)器件的選擇與搭建、以及搭建系統(tǒng)后進(jìn)行了大量相關(guān)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)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(xì)研究了聲發(fā)射應(yīng)力波對(duì)光纖光柵中心波長的調(diào)制過程;通過建立光纖光柵聲發(fā)射傳感器應(yīng)變傳感模型研究了光纖光柵應(yīng)變傳遞規(guī)律,并分析了封裝過程中影

5、響傳感器應(yīng)變傳遞能力的重要因素。
　　 2.在光纖光柵應(yīng)變傳遞規(guī)律的指導(dǎo)下,對(duì)封裝過程中影響光纖光柵傳感器傳遞能力的因素進(jìn)行了逐一分析,并且通過實(shí)驗(yàn)研究了封裝基底材料、膠粘劑與封裝尺寸等工藝對(duì)光纖光柵傳感器應(yīng)變傳遞能力的影響,為光纖光柵傳感器設(shè)計(jì)與封裝提供了指導(dǎo)。
　　 3.設(shè)計(jì)了具有較好聲發(fā)射信號(hào)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