【正文】 ess wave emission. Acoustic emission technology includes instrument examination, analysis launch acoustic emission using sound transmitting message inference signal sound source technology .With the fast and rapid development of puters and microputer, the acoustic emission technique as a new nondestructive testing of rapid development. The acoustic emission technique application scope has covered a number of economic fields of aerospace, petrochemical, railway, automotive, construction, electricity and other. Acoustic emission has the ability of the test of material internal dynamic process .And acoustic emission detection technology is an important nondestructive testing. Compared with conventional nondestructive testing has two basic characteristics: First, it is sensitive to the dynamic defection and it can realizes realtime detection of defect initiation and propagation process .Acoustic emission wave es from the defect itself, a better understanding of the detect objects defects information and dynamic process. In addition, conventional piezoelectric acoustic emission sensors have large volume and narrow band. It is subject to electromagic interference, and it is severely restricted in the strong electric field, high temperature environment. Therefore, based on fiberoptic acoustic emission detection technology has a very important significance. This paper plete the performance test of fiber Bragg grating acoustic emission detection system based on aluminum alloy, and the detection of three standard signals AE, continuous signal, and off the lead signal. Compared the experimental results of the AE with the conventional piezoelectric acoustic emission, prove the experimental results and analysis of the factors affecting the fiberoptic acoustic emission detection system. Keywords: Acoustic emission。在外部條件下，固體 ( 材料或零件 ) 的缺陷或潛在缺陷改變狀態(tài)而自動發(fā)出瞬態(tài)彈性波的現(xiàn)象亦稱聲發(fā)射。用儀器檢測、分析聲發(fā)射信號和利用聲發(fā)射信號 來推斷聲發(fā)射源的技術(shù)叫做 聲發(fā)射技術(shù)。各種材料 的 聲發(fā)射信號的頻率范圍很寬，從幾 Hz 的次聲頻， 20Hz～20KHz 的聲頻到數(shù) MHz 的超聲頻。聲發(fā)射技術(shù)從研究的范圍來看，剛最初的壓力容器、金屬疲勞和斷裂力學(xué)應(yīng)用，發(fā)展到聲發(fā)射儀器制造、信號處理、金屬材料、復(fù)合材料、巖石、航空航天、鐵路運輸、工程制造過程檢測、建筑、石油化工、電力等幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域。同時，隨著全數(shù)字化聲發(fā)射儀器和各種功能強大的信號處理軟件的出現(xiàn)，聲發(fā)射檢測步入了一個更高層次 【 3】 。它與常規(guī)的無損檢測相比有兩個基本特點：一是對動態(tài)缺陷敏感，在缺陷萌生和擴展過程中可以實時發(fā)現(xiàn)；二是聲發(fā)射波來源于缺陷本身，可 以更好地了解檢測對象缺陷信息和動態(tài)過程?？梢允褂枚鄠€傳感器檢測需要檢測的部位。 同時，由于聲發(fā)射檢測是一種動態(tài)檢測，探測的是機械波，具有以下特點：①聲發(fā)射檢測對材料十分敏感，容易受到機械噪聲的干擾，所以對數(shù)據(jù)的正確解釋要有更為數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗 ②聲發(fā)射檢測，一般需 要適當(dāng)?shù)募虞d程序。探測系統(tǒng)有基于線性邊帶濾波器的探測系統(tǒng)、基于光譜儀的探測系統(tǒng)、基于可調(diào)聲光濾波器的探測系統(tǒng)、基于 WDM 光纖耦合器的探測系統(tǒng)、基于可調(diào) FP（ FabryPerot）的濾波器的探測系統(tǒng)等。 目前，用于波長解調(diào)有很多種方法，如濾波法、干涉法、光柵色散法、可調(diào)諧窄帶激光器掃描法等。 最終得到實驗結(jié)論，同時分析影響 光纖 光柵 聲發(fā)射檢測的因素。 傳統(tǒng)聲發(fā)射傳感器 傳統(tǒng)聲發(fā)射傳感器主 要為壓電諧振式聲發(fā)射傳感器。 壓電聲發(fā)射傳感器一般由殼體、保護膜、壓電元件、阻尼塊、連接導(dǎo)線及高頻插座組成。 壓電諧振 式 聲發(fā)射檢測過程中，運用壓電效應(yīng)。 利用正壓電效應(yīng)制成的正壓電傳感器可以將振動、壓力、加速度等非電量轉(zhuǎn)換成電量，從而進行高精度的測量。 電介質(zhì)受力所產(chǎn)生的電荷與外力的大小成正比，比例系數(shù)為壓電常數(shù)。新型壓電材料有高分子壓電薄（如聚偏二氟乙烯PVDF）和壓電半導(dǎo)體。接線端子 阻尼層 被襯 壓電陶瓷敏感元件 外殼 匹配網(wǎng)絡(luò) 電極引線 匹配層 電極 圖 2— 1 壓電諧振式 聲發(fā)射傳感器結(jié)構(gòu)圖 9 2． 1． 2 光纖 聲發(fā)射 傳感器 光纖傳感器（ fiberoptic sensor, FOS）是 20 世紀(jì) 70 年代中期發(fā)展起來的一種基于光導(dǎo)纖維的新型傳感器，與以電為基礎(chǔ)的傳感器有著本質(zhì)的區(qū)別。 （ 3） 光纖傳感器通過光信號的特征變化來實現(xiàn)對外界參數(shù)檢測的功能，傳輸光纜不帶電，傳感器由玻璃纖維制 成，絕緣性能好，本質(zhì)安全，適合于石油等工作場所，如表 2— 1 所示。光源發(fā)出的光波通過入射光線傳到傳感探頭，受到被測物理量的調(diào)制，然后攜帶調(diào)制信息的光波經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后變?yōu)殡娦盘?，通過解調(diào)即可得到被測物理量的狀態(tài) ，如圖 2— 2 所示 。 ⑵電力工業(yè)：變壓器局部放電的檢測，高壓容器和汽包的檢測，蒸汽管線的連續(xù)泄漏監(jiān)測，鍋爐泄漏的監(jiān)測，汽輪機軸承運行狀況的監(jiān)測，閥門蒸汽損失的定量測試等。 ⑹交通運輸業(yè)：公路和鐵路槽車的檢測和缺陷定位，鐵路材料和結(jié)構(gòu)的裂紋探測，橋梁和隧道的結(jié)構(gòu)完整性檢測，卡車和火車滾珠軸承和軸頸軸承的狀態(tài)監(jiān)測，火車車輪和軸承的斷裂探測。根據(jù)調(diào)制區(qū)與光纖的關(guān)系，可將調(diào)制分為兩大類。另一類為非功能型調(diào)制，調(diào)制區(qū)在光纖之外，外界信號通過外加調(diào)制裝置對進入光纖中的光波實施調(diào) 制，這類光纖傳感器稱為非功能型（ Nonfunctional Fiber，簡稱 NFF）或非本征型光纖傳感器， 在非本征型光纖傳感器中，光纖只起傳光作用，傳感探頭為其他敏感元件。所謂調(diào)制，就是本來沿光纖軸線均勻分布的折射率產(chǎn)生大小起伏的變化。 12 3． 2 光纖 Bragg 光柵聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的解調(diào)原理 布拉格 （ Bragg） 光柵 會對入射的寬帶光進行選擇性反射，反射一個中心波長與芯層折射率調(diào)制相位相匹配的窄帶光 (帶寬通常約為 ～ )。 ? ?=2 1B effn? ? 由式 1 所示的光纖光柵的 Bragg 方程可知，光纖光柵的 Bragg 波長取決于光柵周期 A 和反向 耦合 模的有效折射率 effn ，任何使這兩個參量發(fā)生變化的物理過程都將引起光柵 Bragg 波長的漂移 , 由式 2 可得知 Bragg 波長的漂移量為 【 10】 ? ?= 2 + 2 n 2B e ff e ffn?? ? ? ? ? 這即是光纖光柵傳感的基本原理， 原理圖 如圖 3— 2 所示。常見的探測系統(tǒng)有：基于線性邊帶濾波器的探測系統(tǒng)、基于光譜儀的探測系統(tǒng)、基于可調(diào)聲光濾波器的探測系統(tǒng)、基于 WDM 光纖耦合器的探測系統(tǒng)、基于可調(diào) FP（ FabryPerot）的濾波器的探測系統(tǒng)等。 從寬帶光源發(fā)出的光經(jīng)過環(huán)行器到達傳感光纖光柵時，只有以 Bragg 波長為中心的窄帶光才會被光柵所反射，經(jīng)環(huán)行器進入光譜儀，可直接從光譜儀中觀察反射光譜的特性，如帶寬、峰值位置、譜的形狀等等。 寬帶激光器 耦合器 光譜儀 傳感光柵 圖 4— 1 基于光譜的探測系統(tǒng)原理圖 15 光柵 聲發(fā)射檢測的解調(diào)系統(tǒng) 光纖光柵傳感解調(diào)系統(tǒng)包括光電探測 和 信號 處理兩個部分。因此， 光纖光柵解調(diào)系的檢測精度也往往決定著整個系統(tǒng)的傳感精度 .由于光的基本性能都可以收到調(diào)制， 因此解調(diào)系統(tǒng)中對應(yīng)的檢測就是光的強度檢測、相位檢測、頻率檢測、偏振態(tài)檢測等。 其基本原 理是用窄帶光源取代寬帶光源，輸出波長與光纖光柵的光譜接近 且譜線寬度小于 Bragg 反射光譜寬度的光，窄帶光 輸出的 光經(jīng)過耦合器 進入傳感光纖光柵（ FBG）。 窄帶激光器 環(huán)行器 光電轉(zhuǎn)換模塊 前置放大器 數(shù)據(jù)采集卡 上位機 圖 4— 2窄帶激光器 匹配濾波 解調(diào)系統(tǒng)原理圖 光纖光柵傳感器 鋁板，作為傳播介質(zhì) 激勵源 16 第 5 章 性能測試實驗結(jié)論和分析結(jié)論 5． 1 實驗儀器簡單介紹 整個實驗過程中應(yīng)用到了第四部分所提到的光纖光柵聲發(fā)射探測系統(tǒng)以及解調(diào)系統(tǒng)。 下面簡單介紹各儀器 在實驗過程中的應(yīng)用： （ 1） 光譜儀： 光譜儀基本采用光電系統(tǒng)作為光譜接收、探測系統(tǒng)裝置：一個或者多個出射狹縫放在成像物鏡的焦平面上分離出多需要的譜線，將這些譜線的能量傳遞到光電元件上，辦成電信號后經(jīng)過放大、模數(shù)轉(zhuǎn)化、記錄得到光強隨波長變化的譜線。一般是一種具有 Y 型分支的元件，由一根光纖輸入的光信號可用它加以等分。 光環(huán)行器的工作原理如 圖 5— 2 所示，從端口 1 輸入的光信號只能在端口 2 輸出，端口 2 對端口 1 反向隔離；從端口 2 輸 17 入的光信號只能在端口 3 輸出，端口 3 對端口 2 反向隔離。 光纖之間是由適配器通過其內(nèi)部的開口套管連接起來的，以保證 光纖跳線 之間的最高連接性能。 （ 4） 光電轉(zhuǎn)換 原理 如圖 5— 3 所示，為光電轉(zhuǎn)換的基本原理圖。 （ 5） 激勵源 激勵源可分為噪聲源、連續(xù)波源和脈沖波源三種類型。 5． 2 實驗所測結(jié)果及分析 按照實驗結(jié)構(gòu)圖連接各儀器，進行光柵光纖聲發(fā)射檢測系統(tǒng)性能的測試，同時與傳統(tǒng)的壓電聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)作比較。在圖 5— 5— 5— 7 中為光纖 Bragg光柵聲發(fā)射傳感器和壓電諧振聲發(fā)射傳感器的對比，下邊一行均為壓電式對應(yīng)圖形。 目前，光纖光柵聲發(fā)射傳感器檢測技術(shù)還需要不斷改進。對同一試樣作聲發(fā)射試驗，在同樣的內(nèi)部和外部條件下，由于試樣的聲發(fā)射源不同，也會表現(xiàn)出不同的聲發(fā)射特性。 最終通過整個系統(tǒng)將光纖光柵聲發(fā)射傳感器與傳統(tǒng)壓電聲發(fā)射傳感器進行對比， 測試光纖光柵聲發(fā)射檢測的性能。 本文主要研究基于光纖 Bragg光柵的聲發(fā)射檢測 。 目前對聲發(fā)射技術(shù)的研究主要包括以下幾個方面： （ 1） 基于 Bragg光柵等各種光柵傳感器與光學(xué)干涉儀相結(jié)合的新型光纖 AE傳感。 22 參考文獻 [1] 劉娟 ,丁克勤 .光纖聲發(fā)射傳感器的研究現(xiàn)狀與展望 [J].傳感器與微系統(tǒng) ,2021,29 (9):55 [2] 林學(xué) 煌，光無源器件 [M].北京 :人民郵電出版社， 2021 [3] 藤山邦久「日」編著 ,馮夏庭譯 .聲發(fā)射 (AE)技術(shù)的應(yīng)用 [M].北京 :冶金工業(yè)出版社 ,1996,12 [4] 沈功田 ,戴光 ,劉時風(fēng) .中國聲發(fā)射檢測技術(shù)進展 [J].無損檢測， 2021， 25（ 6）：307307 [5] 梁藝軍 .題名 :[光纖聲發(fā)射檢測技術(shù)研究 ].學(xué)位授予單位所在地： 哈爾濱工程大學(xué)理學(xué)院， 2021 [6] 陳麗潔 ,藍宇 ,冷建興 . 壓電諧振式聲發(fā)射接收傳感器設(shè)計 [J].傳感器技術(shù)，2021,24（ 4） :3737 [7] 馬良柱 .題名 :[光纖聲發(fā)射傳感系統(tǒng)研究及應(yīng)用 ].學(xué)位授予單位 :山東大學(xué)電子與通信工程， 2021 [8] 廖延彪編著 .光纖光學(xué) .第一版 .清華大學(xué)出版社， 2021. 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