光纤声发射检测的影响因素的实验研究

论文摘要

当今伴随着科学技术的不断深入,国家的基础设施建设正处于飞速发展的阶段,因此探求一种可靠的混凝土结构健康性能评价和缺陷检测的无损检测技术具有重大意义。利用光纤的特质来实现材料完整性评价和结构健康监控的应用已得到各国研究者的关注,因此本文简要的介绍了声发射产生机理,声波在固体中传播的基本特性和声波与光纤的相互作用,着重针对光纤传感器用于声发射检测方面的三个影响因素即光纤传感器的结构特性、相位特性和方向灵敏度进行了实验研究。首先对于不同结构的光纤声发射传感器检测声发射信号进行了研究。分析不同结构的光纤声发射传感器的特点,结合不同干涉仪的优点搭建新型的光纤声发射传感器提高检测灵敏度,同时也给出了适合不同环境和条件的光纤声发射传感器。其次对光纤干涉仪的相位特性进行深入研究。给出利用PZT的逆压电效应改变光纤长度进而改变其光相位的理论依据,结合实验实现光纤干涉仪的静态相位调制,并修正了光纤相位调制系数,为采用相同类型的PZT用于光纤相位调制的工程应用提供了实验依据。最后研究的内容是对于光纤传感器的方向灵敏度的研究。采用小波分析的方法对光纤传感器探测到的声发射信号进行多尺度分解、滤波和降噪,提取了立体石材上7个不同方向点的声信号的主频特征,并在相同的主频信号下分析了其相应的频率幅值大小,进而给出了立体石材的方向灵敏度的分布规律,为进一步研究混凝土内部声发射源定位、内部裂纹分析及其断裂情况分析打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题的研究目的及意义
• 1.2 国内外研究状况
• 1.2.1 声发射的发展状况
• 1.2.2 光纤传感器
• 1.2.3 光纤声发射检测的研究状况
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第2章 声波的传输
• 2.1 声发射的产生
• 2.1.1 位错运动
• 2.1.2 裂纹的形成和扩展产生的 AE
• 2.2 声波的传输特性
• 2.2.1 各项同性介质中声波的传输
• 2.2.2 各项异性介质中声波的传输
• 2.3 声波与光纤的相互作用
• 2.4 本章小结
• 第3章 光纤声发射传感器的结构特性
• 3.1 非接触式光纤 Michelson传感器的声发射检测
• 3.1.1 工作原理
• 3.1.2 计算机仿真
• 3.1.3 实验装置与实验结果
• 3.1.4 小结
• 3.2 组合式光纤干涉传感器的声发射检测研究
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 实验装置与实验结果
• 3.2.3 小结
• 3.3 开环式光纤 Sagnac传感器的声发射检测研究
• 3.3.1 工作原理
• 3.3.2 光纤反射调制原理
• 3.3.3 实验装置与实验结果
• 3.3.4 小结
• 3.4 本章小结
• 第4章 光纤传感器的相位特性
• 4.1 相位调制机理
• 4.2 应用 PZT的相位调制理论
• 4.3 光纤 Mach-Zehnder干涉仪的工作原理
• 4.4 M-Z光纤干涉仪的相位调制检测实验系统与采集信号
• 4.5 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 光纤声发射传感器的方向灵敏度
• 5.1 小波分析
• 5.1.1 一维连续小波变换
• 5.1.2 离散小波变换
• 5.1.3 多分辨分析
• 5.2 光纤 Sagnac声发射传感器工作原理
• 5.3 实验方案设计及尺寸标定
• 5.4 实验装置
• 5.5 信号分析与处理
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢