基于光纤传感器的固体材料特征参数的实验研究

摘要

近年来,由于事故的频频高发,人们对检测材料的各项指标的要求也越来越高,因此探求一种灵敏度更高、更加可靠的无损检测技术一直是人们研究的热点。光纤传感器由于它的体积小、灵敏度高等优点在材料检测方面具有很大的优势,本课题就是采用光纤传感器对固体材料的一些特性参数进行研究。
　　本文首先介绍了无损检测技术的发展历程以及国内外的研究现状,分析了几种典型的用于检测声发射的相位调制型光纤传感器;阐述了声表面波在固体中的传播特性,分析了声表面波在各向同性和各向异性介质中的传播特点;对光纤传感器对声波输出信号特性进行了分析,介绍了初位相对光纤声发射干涉仪的影响,利用Matlab仿真,得出光纤传感器检测最佳状态所在点;建立了有限元模型,用Ansys12.1软件进行仿真,分析了声波在光纤以及混凝土界面的传播特性;介绍了光纤声发射传感实验系统的设计,其中包括光路部分以及电路部分,设计了一种新型的偏振调试装置以及光电转换及放大电路;完成理想状态下的调试实验,验证了光纤Sagnac传感器对固体材料声表面波的检测的可行性。
　　利用波速和固体弹性常数关系,提出了固体弹性常数的测量方法,介绍了声速测量实验。设计的实验使用双Sagnac以及双Michelson传感器系统,采用自制的模拟声发射源,利用数据采集卡进行采集数据,在计算机上显示实验结果。通过采集到的数据进行计算得出在固体材料中传播的声表面波以及纵波的速度,进而通过Matlab等计算软件得到固体材料的杨氏模量、泊松比、体积模量、剪切模量。实验采用固体材料铝及大理石板,两个实验的实验结果都达到了预想的效果,验证了利用光纤传感器对固体材料的特性参数的检测实验的可行性,为基于光纤传感器对固体材料的无损检测提出一种新的方案。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的目的和意义

1.2 无损检测技术

1.3 声发射与声发射检测技术的应用与发展

1.4 光纤传感器概述

1.5 几种用于检测声发射的相位调制型光纤传感器

1.6 光纤声发射检测技术国内外的研究进展

1.7本课题研究的内容和目标

第2章 固体中声发射信号的传输特性

2.1 声表面波

2.2 各向同性体声表面波的传输特性

2.3 声表面波在各向异性介质中的传输特性

2.4 声表面波的衰减

2.4为声表面波幅度在固体深度方向衰减示意图。

2.5 本章小结

第3章 光纤传感器对声波的检测特性

3.1 输出信号的Bessel函数展开

3.2 光纤传感器对声波输出信号特性分析

3.3声波与光纤作用的特性研究

3.4本章小结

第4章 光纤声发射传感实验系统的设计

4.1 光源的选择

4.2 偏振控制装置

4.3 光纤环的制作

4.4 电路设计

4.5 理想状态的调试实验

4.6 本章小结

第5章 基于光纤传感器对固体材料力学参量的实验研究

5.1 固体弹性常数的测量方法

5.1 声速的测量实验

5.3 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