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光纤声发射检测技术研究

梁艺军  
【摘要】:光纤超声检测技术是目前国际上智能结构与健康监测研究领域中的热点问题之一。本文简述了国内外光纤传感技术应用于声发射检测研究的进展情况;评述了声发射机理及其在各向同性与各向异性介质中的传输特性;建立了声波与光纤相互作用的线弹性力学模型,在光弹效应的理论基础上,研究了光纤包层对声波与光纤相互作用的影响,导出了基体材料与传感光纤间的超声压力波场的传递函数;利用FFT(Fast Fourier Transform,简称FFT)方法实现了对声发射检测信号的频率识别;给出了全光纤Fizeau干涉仪及其超声探测基本原理;分别讨论了光纤Sagnac和Mach-Zehnder几种典型的光纤干涉仪用于超声检测的基本原理与实验方案;进行了计算机仿真,给出了系统的最佳工作状态;应用上述光纤传感系统,对人工大理石中传输的超声波进行了实验研究,并将实验结果与仿真结果进行了对比分析;在Sagnac干涉仪的基础上,构建了新型Sagnac-like光纤干涉仪,系统分析了这种新型光纤干涉仪的光信号输出特征,讨论了其工作原理;设计了平面环形光纤传感器,该传感器既可以用于表面声波的检测,又可以埋入结构中实现声发射的检测;对模拟的声发射信号进行了实验检测,取得了令人满意的实验结果。实验中对作用于试件表面的冲击波进行了检测,表明所建立的实验系统可用于声发射的检测。


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