超声激励下的光纤光栅传感响应特性研究

摘要

对机械结构的损伤裂纹进行有效检测构成了设备健康运行的基础，为经济发展和人生安全提供了保障。传统的损伤识别方法难以实现对结构的实时多点动态监测，而且在实际工况下电类传感器容易受到环境噪声的影响，故探伤效果并不理想。因此我们提出通过光纤光栅传感器对结构中超声波的检测，实现对结构健康监测的新方法。本文主要研究光纤光栅在无缺陷结构中对超声的传感响应特性，以此作为损伤识别研究的基础。
　　 论文从基于超声激励的光纤光栅传感检测系统的工作性能出发，试验研究不同超声激励方式下光纤光栅对超声波的响应特性，确定了光纤光栅分布传感的测点位置，实现了光纤光栅对超声的分布测量。论文的主要内容包括：
　　 1.“超声激励-光纤光栅传感”测试系统的工作性能研究。获取了该系统的工作性能指标。同时考察了光源设置参数的变化对其工作性能的影响。提出合理设置参数的方法和需要注意的问题；
　　 2.利用光纤光栅边沿解调系统对超声波进行检测，成功提取了不同金属材料中的超声。研究了当超声入射角和激发频率等超声激励方式不同时，光纤光栅对超声的响应规律；
　　 3.研究了光纤光栅对超声的一维和二维空间响应特性。一维空间特性主要揭示超声声源和光纤光栅的距离变化对光纤光栅响应特性的影响规律，二维空间特性主要研究声轴和光纤轴线成不同角度位置时，光纤光栅的响应特征；
　　 4.根据以上研究结论，确定了光纤光栅分布检测超声的测点位置。实验发现，用于分布传感的光纤光栅都能有效感知同一激励源激发的超声，说明光纤光栅的安装位置和布置方法是合适的。
　　 本课题的研究工作将对超声激励下的光纤光栅无损探伤问题的研究提供实践经验，将在在役大型工业设备和装置的维护方面有很好的应用前景和现实意义。