基于光学低相干的兰姆波获取方法和损伤检测系统的研究

摘要

随着科学技术的不断进步和发展，许多行业对材料的要求越来越高，材料和结构的应用环境越来越恶劣，如应用到风机叶片、航空航天器等。它们的组成越来越复杂，而存在潜在的安全隐患就越来越多，因此对于材料的损伤检测也显得日益重要。
　　导波技术已经被证明是材料损伤检测中十分有效实用的手段之一，而Lamb波作为一种典型的导波信号已经在许多板材结构的检测中得到了广泛应用，非常适合大面积板型材料的无损检测。为了克服传统压电陶瓷传感器易受电磁干扰、不能实现长期实时检测的缺点，本文基于低相干原理，研究检测固体表面传播的Lamb波产生的微弱振动信号方法，构建基于光学低相干技术的Lamb波检测系统，实现了Lamb波光学方法非接触式扫描检测。
　　以压电元件为激励器，构建基于光学低相干法的测量系统对Lamb波进行检测研究。实验中分别施加不同频率的正弦波激励信号和加窗正弦激励信号，获取了响应信号，验证了Lamb波损伤检测系统的可行性。并且根据峰值到达时间，采用实验方法测量部分频率下Lamb波的实际传播速度，通过与Rayleigh-Lamb频率方程得到的理论值相对比，结果一致。两部分实验都表明，搭建的光学低相干测量系统能够准确的检测到Lamb波信号。
　　设计了光学低相干Lamb波检测系统的软件系统，控制步进电机实现单光纤扫描检测，对铝板实际损伤检测研究。在试件上制作一个直径为10mm的通孔损伤，利用功率谱密度差异和损伤因子，定性的判断出损伤所在的大概区域。用椭圆定位法定量的确定了损伤的具体位置，误差大约为1.5cm。实验结果表明本文的光纤式Lamb波损伤检测系统能够对材料进行损伤检测。

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第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 材料损伤检测技术概述

1.3 Lamb波损伤检测技术的研究进展

1.4 光纤声波检测的研究现状

1.5 研究内容

第二章 基于光学低相干的Lamb波检测技术理论

2.1主动检测信号的激发

2.2 Lamb波信号在材料中的传播

2.3基于光纤低相干的Lamb波信号的获取

2.4检测信号的处理分析

2.5 本章小结

第三章 基于Lamb波的光纤检测系统设计与验证

3.1 光纤Lamb波检测系统构建

3.2 系统光路调整和优化

3.3 光纤Lamb波检测系统可行性验证

3.4 本章小结

第四章 光纤Lamb波软件系统平台设计与开发

4.1 系统主程序

4.2 电机扫描控制模块

4.3 信号采集模块

4.4 信号处理模块

4.5 本章小结

第五章 基于光纤Lamb波检测系统的材料损伤实验研究

5.1不同位置损伤敏感度验证

5.2损伤识别的实验研究

5.3损伤位置的实验研究

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

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