用于声发射探测的塑料光纤传感器研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lihonggeng
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声发射技术是我们熟知的一种无损检测的方法,许多领域都已被广泛的应用。而使用光纤来进行探测,因其具有频带宽、体积小、响应速度快、不受电磁干扰、不必与被测物体接触、灵敏度高、电子设备与传感器可以距离很远等优点,这些都成为了光纤声发射传感技术能够获得大力发展的主要原因。而近年来逐步开发出的塑料光纤(POF),以其拉制工艺简单、成本低廉、质轻柔软、连接损耗低、更耐破坏等优点备受关注。现在的光纤传感器多采用单模光纤,本文尝试设计和使用塑料光纤声发射传感器实现对声发射信号的检测,并对其进行验证与对比。本文首先简要的介绍了声发射和光纤传感器的相关理论知识,接着介绍了塑料光纤本身的传输原理、材料及性能参数,并介绍了塑料光纤的优缺点及其应用。然后在光纤端光场强度的径向和轴向分布规律的基础上,利用反射式光纤位移传感器调制特性的规律,可以测量出塑料光纤的工作曲线上升沿和下降沿。利用灵敏度高的前沿工作区,分析反射回光强的改变可以检测物体中声信号的性质。利用这一原理,设计了一种塑料光纤声发射传感器系统,实现了对声发射的检测。由于光纤的各模式之间存在着相干效应,那么就使得在输出端会形成干涉光斑,又由于即使是相同的干扰作用在同一光纤中,其对不同的传输模式的影响作用也会不同,这样使输出的光斑发生变化,通过检测光斑的变化得出相应的参数,并实现了固体中传输的声发射信号的检测。半导体激光器输出的激光进入光纤,将输入功率在各个模式间进行分配,然后进入声发射作用区,出射光束经光电转换放大后,得到了输出信号的波形,通过傅立叶变换得到信号的频率。并使单模光纤传感器和塑料光纤传感器同时对声发射进行检测,通过对比分析,验证了利用塑料光纤作为声发射检测的敏感元件的实验方案的可行性。在实验的最后,应用传统的单模Sagnac光纤传感器与塑料光纤传感器同时进行试验,来对塑料光纤传感器的准确性及灵敏度进行检验与验证。实验证明了将塑料光纤声发射传感器应用于对声发射信号检测的可行性,并由此可以推断应用塑料光纤传感器来进行声发射检测的前景是非常广阔的。
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