【正文】 是埋入內(nèi)部的長(zhǎng)度為 z。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 圖 22 光纖聲發(fā)射檢測(cè)原理圖 光纖傳感器的光彈效應(yīng) 眾所周知，在光學(xué)各向同性媒質(zhì)中，由于光彈效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致媒質(zhì)的光學(xué)各向異性 .當(dāng)外力作用于光纖時(shí)，光纖中的應(yīng)力和折射率都將發(fā)生變化，折射率的變化與光纖中應(yīng)力成線性的正比關(guān)系。 不同的聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)外觀可能不同 ,但是檢測(cè)原理以及內(nèi)部構(gòu)造基本類似。 一般 AE 測(cè)量中前置放大器與主 放大器的總增益為 60dB~100dB。 一般使用壓電式 AE 傳感器 ， 將 910? mm 的波動(dòng)振幅變換為約 610? V 的電壓信號(hào) 。而附著在材料表面的聲發(fā)射傳感器可以感受到材料表面的機(jī)械振動(dòng)，然后將材料的振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)后續(xù)硬件與軟件的釆集、分析與處理，就可以得到聲發(fā)射信號(hào)的有用信息，并以此來(lái)推斷材料發(fā)生聲發(fā)射的機(jī)制與預(yù)判聲發(fā)射信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)。 （ 3）系統(tǒng)搭建完成后，進(jìn)行了三種信號(hào)的實(shí)驗(yàn)，并獲 得相應(yīng)的波譜圖，并對(duì)波譜圖進(jìn)行分析，與傳統(tǒng)聲發(fā)射傳感系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，得出結(jié)論。 耿榮生等在聲發(fā)射波的特征識(shí)別，定位與聲發(fā)射損傷預(yù)估方面做出了許多成績(jī)。 2021 年， G. Wild 等人提出了一種改進(jìn)的窄帶激光解調(diào)法 (Transmit Reflect Detection System,TRDS)，利用兩個(gè)光電探測(cè)器同時(shí)測(cè)量光纖的反射光強(qiáng)和透射光強(qiáng)，兩光強(qiáng)信號(hào)差隨光纖反射波長(zhǎng)呈線性變化，利用該線性關(guān)系進(jìn)行聲發(fā)射檢測(cè)。 光功率解調(diào)法一般采用高功率窄帶激光作為光源，又叫做可調(diào)窄帶激光解調(diào)法，該方法將窄帶激光的中心波長(zhǎng)設(shè)定在光纖反射譜的 3dB 帶寬處，通過(guò)光探測(cè)器測(cè)量輸出光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)光纖反射波長(zhǎng)的解調(diào)。 2021 年， 等人采用匹配光柵濾波法檢測(cè)到碳纖維增強(qiáng)復(fù)合板上傳播的模擬損傷信號(hào)。 目前，光纖布拉格光柵聲發(fā)射檢測(cè)常用的解調(diào)方法有 :邊沿濾波器法和光功率解調(diào)法兩種。 2021 年， 等人提出了一種毛細(xì)管型光纖布拉格光柵傳感器，可用于溫度檢測(cè)和補(bǔ)償，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)聲信號(hào)的測(cè)量。它的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)信號(hào)的精度和分辨率高，穩(wěn)定性好。 2021 年， .Lee 等人也證明光纖對(duì)超聲波的響應(yīng)頻率上限主要取決于光纖的柵東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 區(qū)長(zhǎng)度 ,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)固體傳導(dǎo)介質(zhì)，為保證光纖不受超聲波的非均勾作用力的影響，光纖的柵區(qū)長(zhǎng)度必須小于超聲波波長(zhǎng)的一半 [12]。在聲發(fā)射 波的作用下，光纖將受到外界非均勻應(yīng)力的調(diào)制作用，使其光譜發(fā)生改變，從而影響到解調(diào)結(jié)果。其中包括： (1)聲發(fā)射波作用下光纖光柵的響應(yīng)特性的研宄不深入，缺乏理論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證； (2)光纖聲發(fā)射傳感器封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)尚未成熟，還需要進(jìn)一步探索，設(shè)計(jì)出適用于復(fù)雜檢測(cè)環(huán)境的傳感結(jié)構(gòu)； (3)被測(cè)結(jié)構(gòu)中聲發(fā)射波引起的應(yīng)變一般很小，若要獲取到真實(shí)的聲發(fā)射波，需要確保光纖布拉格 光柵解調(diào)系統(tǒng)的解調(diào)速度和靈敏度滿足要求。 20 世紀(jì) 90 年代，聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)入了全數(shù)字式的第 4 代，全數(shù)字化 AE 檢測(cè)系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和軟件配置上保留了第三代產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，放大后的 AE 信號(hào)不必再經(jīng)過(guò)一系列的模擬、數(shù)字電路才形成數(shù)字特征量，而 是直接進(jìn)行高速 A/D 轉(zhuǎn)換，提取相應(yīng)特征量。聲發(fā)射檢驗(yàn)技術(shù)的基本原理是利用耦合在材料表面上的壓電陶瓷探頭將材料內(nèi)聲發(fā)射源產(chǎn)生的彈性波轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后用電子設(shè)備將電信號(hào)進(jìn)行放大和處理，使之特性化，并予以顯示和記錄，從而獲得材料內(nèi)聲發(fā)射源的特性參數(shù)，通過(guò)分析檢驗(yàn)過(guò)程中聲發(fā)射儀器所得的各種參數(shù)，即可知道材料內(nèi)部的缺陷情況。而且，像甜瓜等果物中 AE 探測(cè)的研究對(duì)豐富今后的社會(huì)生活也會(huì)很重要。 如前所述， AE 探測(cè)方法的長(zhǎng)處之一是沒(méi)有了使用 X 線時(shí)的那種限制，對(duì)人體無(wú)害。 聲發(fā)射探測(cè)技術(shù)具有動(dòng)態(tài)檢測(cè)和分析的特點(diǎn)，從 60 年代以來(lái)，得到許多發(fā)達(dá)國(guó)家的重視，在理論研究、實(shí)驗(yàn)研究和工業(yè)實(shí)用三個(gè)方面做了大量的工作，取得了很大的進(jìn)展。實(shí)際上，連續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)也是由大量的突發(fā)型信號(hào)組成的，只不過(guò)太密集而不能分辨而已 [4]。因此，如何根據(jù)聲發(fā)射換能器 輸出的電信號(hào)來(lái)獲取有關(guān) AE 源的信息一直是人們面臨并努力加以解決的問(wèn)題。通過(guò)直接分析識(shí)別聲發(fā)射信號(hào)來(lái)確定聲發(fā)射源的性質(zhì)，是目前聲發(fā)射檢測(cè)中最難解決的問(wèn)題，也是研究熱點(diǎn)。超聲波探傷法、放射線、炭粉探傷、浸透法等的非破壞檢查法都必須停止作業(yè)中的設(shè)備再進(jìn)行檢查，這是他們最大的缺點(diǎn)，而 AE 法不停止作業(yè)就能發(fā)現(xiàn)缺陷，也就是說(shuō)， AE 法有能夠在線監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，所有無(wú)損檢測(cè)方法的共同目的都是為了發(fā)現(xiàn)缺陷，而 AE 探測(cè)技術(shù)的核心問(wèn)題是由接受的信號(hào)反推到聲發(fā)射源的問(wèn)題，即所謂的“反向源”或“逆源”問(wèn)題 [3]。需要的只是設(shè)置 AE 探測(cè)器 作業(yè)，即使從 AE 探測(cè)器到缺陷之間也有距離。 AE 是正在擴(kuò)展的材料缺陷 (裂紋 )的指示器，沒(méi)有擴(kuò)展，裂紋或材料的缺陷處于靜止?fàn)顟B(tài)，就沒(méi)有能量的重新分配，也就沒(méi)有聲發(fā)射。所以嚴(yán)格地講，聲發(fā)射應(yīng)當(dāng)被稱為應(yīng)力波發(fā)射，但由于歷史的原因，人們已習(xí)慣于將其稱為聲發(fā)射。因此對(duì)于基于光纖的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究具有非常重要的意義。 聲發(fā)射檢測(cè) 是一種對(duì)結(jié)構(gòu)或材料內(nèi)部的潛在缺陷或者處在運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中的缺陷進(jìn)行的無(wú)損檢測(cè)，它是聲發(fā)射技術(shù)的重要部分。 脈沖信號(hào)實(shí)驗(yàn) .................................................. ...........錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 傳統(tǒng)聲發(fā)射的發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀 ......................................................... 2 光纖聲發(fā)射技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................. 3 光纖聲發(fā)射技術(shù)國(guó)外研究現(xiàn)狀 .....................................................3 光纖聲發(fā)射技術(shù)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 .....................................................5 本課題的主要研究?jī)?nèi)容 ..............................................................................5 第 2 章光纖聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)理論基礎(chǔ) .................................................................. 7 聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理 ............................................................................. 7 光纖聲發(fā)射檢測(cè)的基本原理 ..................................................................... 8 光纖傳感器的光 彈效應(yīng) .................................................................... 8 光纖包層的影響 ...............................................................................10 光纖傳感器的解調(diào)方式 ..........................................................................11 光纖 Michelson 傳感器的解調(diào)方式 ................................................12 光纖 Fizeau傳感器的解調(diào)方式 ......................................................14 本章小結(jié) ....................................................................................................17 第 3 章 光纖聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)的搭建 ............................................................. ...18 光纖聲發(fā)射探測(cè)系統(tǒng) .............................................. ...錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)相比，新型光纖聲發(fā)射檢測(cè)系統(tǒng)具有整體簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)易，設(shè)備體積小，獲得測(cè)量信號(hào)更貼近真實(shí)信號(hào)等優(yōu)點(diǎn)。而光纖 AE 傳感器具有體積小、頻帶寬、靈敏度高、損壞閾值高、不必與被測(cè)物體接觸、適用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的壓電聲發(fā)射傳感器體積大，頻帶窄，受電磁干擾比較嚴(yán)重，在強(qiáng)電場(chǎng)、高溫環(huán)境下其有效性受到很大制約。完成 對(duì)三個(gè)聲源信號(hào)：斷鉛信號(hào)、摩擦信號(hào)和敲擊信號(hào)的采集測(cè)試，以及激勵(lì)源的脈沖信號(hào)分析。 the effect of fiber Sagnac interferome 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................................................................................. 1 選題背景及意義 ......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。 激光器 ...............................................................................................17 光電轉(zhuǎn)換模塊設(shè)計(jì) ......................................................................... 21 數(shù)據(jù)采集 ......................................................................................... 22 光纖耦合器 ..................................................................................... 23 FC 連接器 ........................................................................................ 23 Q9 接頭 ............................................................................................ 24 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） IV 本章總結(jié) ..................................................................................................24 第 4 章 光纖聲發(fā)射檢測(cè)實(shí)驗(yàn)研究 ...................................................................... 18 常規(guī)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn) ......................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書(shū)簽。若這些潛在故障不加以及時(shí)診斷修復(fù)最終將會(huì)使得整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞性失效并且引起災(zāi)難性事故。優(yōu)點(diǎn)是精度與分辨率比較高，其主要缺點(diǎn)是：體積大、對(duì)制作材料的質(zhì)量要求比較高、頻帶窄、必須與被測(cè)物體接觸 [1]，不能應(yīng)用在高溫、腐燭、高壓等極端環(huán)境下并且抗電磁干擾能力弱，在強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下其有效性也受到很大制約相比而言光纖聲發(fā)射傳感器具有壓電傳感器沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)：本身制作材料是光導(dǎo)纖維 ,其絕緣性好，因此可用到高電壓、高電磁干擾的環(huán)境中；本身體積小質(zhì)量輕；安裝方式可有多種選擇，即可貼在結(jié) 構(gòu)表面也可埋入其中；采用波長(zhǎng)解調(diào)，抗干擾性強(qiáng)。 AE 相應(yīng)的彈性波并不僅局限于可 聽(tīng)聲域，在絕大多數(shù)情況下，其有效頻譜范圍可延展到數(shù)兆赫甚至數(shù)十兆赫頻段。盡管引起聲發(fā)射的外部原因是多種多樣的，但其共同點(diǎn)都是由于外部條件的變化 (應(yīng)力、溫度 和電磁場(chǎng)等 )，引起物體或結(jié)構(gòu)某一局部或某些部分變得不穩(wěn)定并迅速釋放出能量。 同超聲波探