【正文】 圖 310 Q9 接頭 本章總 結(jié) 本章主要研究了光纖聲發(fā)射系統(tǒng)的搭建，在光纖聲發(fā)射檢測的理論基礎(chǔ)上，詳細介紹了光彈效應(yīng)和光纖包層的影響，并以此為理論基礎(chǔ)構(gòu)建光纖聲發(fā)射檢測系統(tǒng)，將必要的硬件和軟件設(shè)備進行連接，搭建實驗平臺。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 第 4 章 光纖聲發(fā)射檢測實驗研究 本章對鍍膜反射率分別為 30%， 50%， 70%， 90%的傳感器進行實驗。由光纖傳感器原理可知反射率越高的傳感器，越靈敏，它的檢測效果越好。本章搭建了一套光纖傳感系統(tǒng)，用來檢測聲發(fā)射。我們以鋼板作為傳導(dǎo)聲波的介質(zhì)。將光纖傳感器貼附在鋼板表面上的一側(cè)，在本章實驗的過程 中，先對斷鉛信號進行檢測，然后與光纖傳感器進行對比實驗。 常規(guī)聲發(fā)射信號實驗 我們以 12mm 厚鋼板為聲發(fā)射信號傳輸媒介，將光纖傳感器置于鋼板表面的固定位置，在距離傳感器 15cm 處分別進行斷鉛、摩擦、敲擊實驗，應(yīng)用光纖聲發(fā)射采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，并進行數(shù)據(jù)分析。 圖 41 常規(guī)聲發(fā)射信號實驗 斷鉛、摩擦、敲擊實驗分別采集的電壓圖如下圖 4圖 4圖 44 所示 . 圖 42 斷鉛信號電壓波形圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 43 摩擦信號電壓波形圖 圖 44 敲擊信號 電壓波形圖 通過對斷鉛、摩擦和敲擊實驗采集的信號進行分析，確定光纖聲發(fā)射傳感系統(tǒng)能夠接收到以上三種聲源所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，從電壓波形圖中可以發(fā)現(xiàn)斷鉛信號具有突發(fā)性，波形信號能量、振幅較大，摩擦信號具有連續(xù)性，能量、振幅較為平均，敲擊信號能量、振幅有波動不穩(wěn)定，高低幅值相間。這與傳統(tǒng)聲發(fā)射系統(tǒng) 對以上三種信號的分析相一致，從而驗證了光纖聲發(fā)射系統(tǒng)具有一定的可行性。 對斷鉛、摩擦和敲擊聲發(fā)射信號采集數(shù)據(jù)進行頻譜分析，得到的相應(yīng)頻譜圖如下 4 4 47 所示。 圖 45 斷鉛信號的頻譜圖 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 46 摩擦信號的頻譜圖 圖 47 敲擊信號的頻譜圖 通過光纖傳感系統(tǒng)所采集數(shù)據(jù)的頻譜圖分析：斷鉛、摩擦、敲擊聲發(fā)射信號的響應(yīng)頻率分別為 100kHz、 80kHz、 150kHz，而實際對應(yīng)信號的的頻率范圍在80130kHz,7090kHz,130160kHz。所得響應(yīng)頻率均在對應(yīng) 的頻率范圍內(nèi)，與信號的 固有頻率相接近，說明光纖聲發(fā)射傳感系統(tǒng)進行聲發(fā)射信號檢測是可行的。 脈沖激勵源信號實驗 應(yīng)用脈沖激勵源發(fā)出穩(wěn)定脈沖信號，分別應(yīng)用傳統(tǒng)聲發(fā)射采集系統(tǒng)和光纖聲發(fā)射采集系統(tǒng)進行信號采集，并對數(shù)據(jù)進行對比分析。實驗過程中，將傳統(tǒng)壓電傳感器和光纖傳感器固定于 12mm 鋼板表面，相距 30cm，在兩傳感器中心應(yīng)用激勵源進行信號激勵。脈沖激勵源發(fā)出信號的能量為 100dB，頻率分別為 100KHz、 150KHz 和 200KHz。對傳統(tǒng)聲發(fā)射系統(tǒng)和光纖聲發(fā)射系統(tǒng)采集信號分別進行頻譜分析。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 圖 48 脈沖信號實驗 應(yīng)用光纖聲發(fā)射系統(tǒng)采集信號的頻譜圖如下 4 4 411 所示。 應(yīng)用傳統(tǒng)聲發(fā)射系統(tǒng)采集信號的頻譜圖如下 41 41 414 所示。 圖 49 固有頻率為 100KHz 圖 410 固有頻率為 150KHz 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 圖 411 固有頻率為 200KHz 圖 412 固有頻率為 100KHz 圖 413 固有頻率為 150Hz 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 圖 414 固有頻率為 200KHz 由頻譜分析可知，針對以上三種標(biāo)準(zhǔn)信號，光纖聲發(fā)射采集系統(tǒng)的響應(yīng)頻率分別為 105KHz、 157KHz、 210KHz,傳統(tǒng)聲發(fā)射采集系統(tǒng)的響應(yīng)頻率分別為 110KHz、165KHz、 220KHz，光纖聲發(fā)射采集系統(tǒng)的響應(yīng)頻率更加接近真實值，所以說光纖聲發(fā)射系統(tǒng)與傳統(tǒng)聲發(fā)射系統(tǒng)相比，更加真實的還原了信號的真實性。 由以上波形圖可以看出：光纖傳感器可以大致完成對聲發(fā)射信號的檢測，圖中的 AE 信號、摩擦信號、敲擊信號均為聲發(fā)射檢測的常用信號。在實驗的過程中，傳感器都可以檢測出這三種信號。與成熟的傳統(tǒng)的壓電式聲發(fā)射傳感器技術(shù)相比較， 光纖聲發(fā)射傳感器具有良好的敏感性和高分辨率，但是， 我們搭建的這套系統(tǒng)還不是特別完善，仍處于研究階段。在接 收 AE 信號時，波形較為混亂，后期的采集軟件還有待改善，解調(diào)技術(shù)還不是很成熟。 本章小結(jié) 研究了光纖聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的原理和設(shè)計 , 建立了實驗系統(tǒng) , 并進行了斷鉛、摩擦和敲擊信號的實驗室測試，以及激勵源脈沖信號的實驗，經(jīng)理論分析和實驗結(jié)果表明 , 本文所設(shè)計的光纖聲發(fā)射傳感器具有良好的敏感性和高分辨率 , 系統(tǒng)地分析了光纖聲發(fā)射傳感系統(tǒng)的性能，與傳統(tǒng)聲發(fā)射發(fā)射傳感系統(tǒng)相比有一定的優(yōu)勢。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 結(jié)論 本文主要研究了光纖聲發(fā)射檢測原理以及對光纖聲發(fā)射檢測平臺的搭建，采購所需要的設(shè)備，完成光纖聲發(fā)射檢測 系統(tǒng)的搭建，最后進行實驗，完成了對斷鉛、摩擦和敲擊信號的采集，以及激勵源脈沖信號的實驗，將光纖聲發(fā)射傳感器與傳統(tǒng)壓電聲發(fā)射傳感器進行對比，完成對光纖聲發(fā)射檢測系統(tǒng)的性能的測試。 通過這次實驗，達到了預(yù)期的目標(biāo) 。在與傳統(tǒng)聲發(fā)射檢測對比之后，發(fā)現(xiàn)這套 光纖聲發(fā)射檢測系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)點與缺點，優(yōu)點是整體簡單，操作簡易，設(shè)備體積小，造價低廉，分辨率高。缺點則是系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性不好，缺少匹配的采集軟件，精度不夠高。在今后的研究中，應(yīng)該將著力解決以下問題： （ 1）研究信號解調(diào)技術(shù)，編寫更加完善的采集軟件，提高采集精度，完 善采集功能。 （ 2）本次實驗中對一些原理性的概念還不是很熟悉，在以后的學(xué)習(xí)中還要加深了解。 （ 3）本次實驗中，電路之間的焊接全部為手工焊接，儀器之間的連接也不是很緊固，實驗系統(tǒng)較為脆弱，應(yīng)使用同一廠家的成套定制設(shè)備，避免手工焊接影響實驗效果。 東北石油大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 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. 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