基于Mach-Zehnder干涉仪的光纤波动传感器研究

摘要

声发射及其他基于超声波或导波原理的检测方法都是无损检测的主要手段，其本质都是应力波的检测。以往的应力波检测技术多采用基于电学原理的敏感元件来实现，与之相比，光纤传感器具有体积小、重量轻、防电磁干扰等优点。本文的主要内容如下：
　　首先给出了Mach-Ze hnder干涉仪的基本原理，分析了初始相位差、应力波幅值以及偏振态对光纤干涉仪测量应力波的影响机理，得到基于Mac h-Ze hnder干涉式传感器检测应力波的最佳初始状态。在此基础上，进一步研究了纵横向应力及材料折射率变化对光纤传感器灵敏度的贡献，以及剥去涂覆层对传感器灵敏度的影响。
　　其次，由于传统Mach-Ze hnder干涉仪的直线光纤传感臂灵敏度过低，本文将其在平面内缠绕成螺旋环状传感器，研究其传感性能。理论分析了铝板上螺旋光纤线圈在简单应力条件下传感器的相位差。然后在铝板上进行了基于Mach-Ze hnder干涉仪的光纤传感器导波感知的试验，得到了不同内外径的光纤线圈在不同频率的应力波作用下的响应，分析了影响测量结果的相关因素。
　　最后，本论文提出了两种新型便携式光纤波动传感器，对其感知特性进行了有限元模拟和试验研究。测试了两种传感器对铝板中PZT激发的的窄带Lamb波和模拟声发射信号的感知效果，验证了上述传感器应用于应力波检测的可行性。

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第1章 绪论

1.1本文的研究背景及研究意义

1.2 基于波动理论的传感技术

1.3 M-Z干涉式传感器的国内外研究现状

1.4本文主要研究内容

第2章 Mach-Zehnder干涉仪原理及参数分析

2.1 Mach-Zehnder干涉仪结构原理

2.2 M-Z干涉仪应力波测量影响因素分析

2.3应力波对光纤作用

2.4本章小结

第3章 螺旋型光纤传感器的感知特性

3.1 Lamb波的基本理论

3.2 螺旋形光纤传感器相位差的理论推导

3.3 试验方案

3.4 结果与分析

3.5 本章小结

第4章 新型光纤波动传感器

4.1光纤波动传感器的设计

4.2 传感器感知特性的数值模拟

4.3 传感器感知特性的试验研究

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

声明

致谢