微纳耦合光纤模态声发射传感特性优化研究

摘要

为了改善微纳耦合光纤传感器声发射模态识别的能力,立足于模态声发射理论,实验研究了微纳耦合光纤有效传感区结构、长度以及对称性对传感器模态识别能力的影响,分析了优化后传感器模态识别能力的定向性。实验结果表明,当有效传感区结构为包括分离区、锥区和腰区的"X"型结构时,传感器不能识别S_0模态,且识别的A_0模态完整性差;当有效传感区结构为包括腰区和全部锥区的"---"型结构时,传感器能够识别出S_0模态,并完整地识别A_0模态;当有效传感区对称时,所测信号模态完整性好;而当有效传感区不对称时,所测信号完整性较差;"X"型结构时,分离区会衰减声波的部分能量,传感器灵敏度随着有效传感区长度的减小而增大;"---"型结构时,由于锥区起到应变放大作用,传感器灵敏度会随着锥区长度的减小而降低;传感器的模态识别能力随着检测角度的减小而减弱,其有效检测角度范围为45°~135°。该研究对本传感器应用于模态声发射具有指导意义。