学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

光纤光栅声发射传感系统

作　者: 马广春
导　师: 曹玉强
学　校: 山东大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 声发射光纤光栅传感器传感器封装温度补偿声发射传感系统
分类号: TP212.14
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 181次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着科学技术的进步,现代工程建筑结构、机械装备、电力水利、航空航天等已经向大型化、集成化、复杂化方向发展。在这些集成且复杂的结构中,可以通过尽早发现裂纹的位置、性质及扩展情况,及时地发现损伤的部位及程度来预防事故的发生。与传统的无损检测技术相比,声发射检测技术具有对检测对象几何形状不敏感、可以对被测对象进行动态评估与实时诊断等优点,因此声发射检测技术是一项很有发展前景的无损检测技术。在声发射检测系统中影响系统整体传感性能最关键因素之一是传感器的选取。传统的压电传感器属于谐振式高灵敏度传感器,具有本身阻抗低、转换效率高、波形稳定、介电损耗低且发热量小等优点,但是其缺点也相当明显,工作频率较窄、易受电磁干扰、不能接触腐蚀环境等。光纤光栅传感器具有绝缘性好、无源无电、体积小质量轻、抗电磁干扰、易实现大规模分布式测量等优点,特别是在易燃易爆、高腐蚀的环境中优势尤为明显。但在实际搭建光纤光栅声发射传感系统的过程中面临一些问题：由于光纤光栅质地比较脆的原因,需要对裸光纤光栅进行适当的封装保护,但在具体的封装保护过程中,封装工艺会对光纤光栅的应变传递能力产生或多或少的影响,使得光纤光栅感应的应变与被测结构的应变有所差异；传感系统以光信号为载体来感知与传输声发射信号,由于外界振动引起的光强变化非常微弱,在系统硬件连接过程中不当的操作对光信号的传输影响很大；传感系统需要通过检测光纤光栅反射光功率的变化来感知声发射源信号,因此为了提高系统的检测精度与信噪比,对系统光源的要求比较高。本论文针对以上存在的问题并结合实际应用背景,研制了一套以光纤光栅声发射传感器为核心的光纤光栅声发射传感系统,包括了传感理论的研究、传感系统方案设计、传感系统器件的选择与搭建、以及搭建系统后进行了大量相关声发射实验与数据分析处理等。本论文的主要研究工作有以下几部分：1.分析了光纤布拉格光栅的声发射传感理论。详细研究了声发射应力波对光纤光栅中心波长的调制过程；通过建立光纤光栅声发射传感器应变传感模型研究了光纤光栅应变传递规律,并分析了封装过程中影响传感器应变传递能力的重要因素。2.在光纤光栅应变传递规律的指导下,对封装过程中影响光纤光栅传感器传递能力的因素进行了逐一分析,并且通过实验研究了封装基底材料、胶粘剂与封装尺寸等工艺对光纤光栅传感器应变传递能力的影响,为光纤光栅传感器设计与封装提供了指导。3.设计了具有较好声发射信号检测能力、安装方便的光纤光栅声发射传感器,并以此为核心研制了一套性能稳定的光纤光栅声发射检测系统。系统在温度变化不大的情况下稳定性较好,温度变化较大时通过自行设计的环形腔掺铒光纤激光器代替窄带光源的方式实现系统温度补偿的目的。4.以传统的压电式声发射传感系统作为对比,对光纤光栅声发射传感系统进行了正弦波与声发射信号的检测试验。通过实验可以看出本论文搭建的光纤光栅声发射传感系统能够达到传统声发射检测系统的水平,并且在响应速度、灵敏度等方面要优于传统的声发射检测系统。

全文目录

摘要  10-12
Abstract  12-15
第一章绪论  15-24
  1.1 课题研究背景  15-16
  1.2 声发射技术发展历程  16-19
    1.2.1 国外声发射技术的发展历程  17-18
    1.2.2 国内声发射技术的发展历程  18-19
  1.3 光纤光栅传感技术概况  19-20
  1.4 声发射的物理基础简介  20-22
    1.4.1 声发射信号的类型  20-21
    1.4.2 声发射信号的简化波形特征参数  21-22
  1.5 本课题的研究内容  22-24
第二章光纤光栅在声发射检测中的应用  24-36
  2.1 传统声发射检测系统  24-26
    2.1.1 声发射检测的基本原理  24-25
    2.1.2 系统硬件组成  25-26
    2.1.3 声发射软件功能  26
  2.2 声发射传感器的选择标准  26-28
  2.3 光纤光栅传感器与传统声发射传感器的对比  28-29
  2.4 光纤光栅传感器应变传递理论  29-31
  2.5 声发射应力波与光纤布拉格光栅的相互作用  31-34
  2.6 本章小结  34-36
第三章光纤光栅声发射传感器的设计  36-43
  3.1 光纤光栅声发射传感器封装技术  36-38
    3.1.1 光纤光栅声发射传感器封装要求  36-37
    3.1.2 光纤光栅声发射传感器封装工艺  37-38
  3.2 光纤光栅声发射传感器的具体封装  38-40
  3.3 光纤光栅传感器封装对光纤光栅本身性能的影响  40-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章光纤光栅声发射传感系统设计  43-61
  4.1 光纤光栅声发射传感系统硬件设计  43-49
    4.1.1 可调谐光源  44-45
    4.1.2 光电转换器  45-46
    4.1.3 前置放大器  46-47
    4.1.4 数据采集卡  47
    4.1.5 其他重要配件  47-49
  4.2 光纤光栅声发射传感系统硬件连接步骤  49-51
    4.2.1 电脑与采集卡的连接  49
    4.2.2 采集卡与前置放大器的连接  49-50
    4.2.3 光电转换器跟前置放大器的连接  50
    4.2.4 传感器与光电转换器、光源之间的连接  50-51
    4.2.5 光纤连接头的保护与清洗  51
  4.3 光纤光栅声发射传感系统软件构成  51-57
    4.3.1 软件对计算机系统硬件要求  51-52
    4.3.2 系统软件特点及功能  52-53
    4.3.3 系统软件重要内容详细介绍  53-57
  4.4 系统在声发射检测过程中操作流程说明  57-60
    4.4.1 打开软件  57
    4.4.2 配置文件设置  57-60
    4.4.3 数据采集  60
  4.5 本章小结  60-61
第五章光纤光栅声发射传感系统在声发射检测中的表现  61-78
  5.1 光纤光纤传感器封装对系统性能的影响  61-69
    5.1.1 封装基底材料对系统性能的影响  61-62
    5.1.2 封装胶粘剂对系统性能的影响  62-64
    5.1.3 封装尺寸对系统性能的影响  64-67
    5.1.4 耦合剂对系统性能的影响  67-69
  5.2 传感系统在正弦信号下的表现  69-71
  5.3 传感系统在AE信号下的表现  71-73
  5.4 光纤光栅声发射传感器的温度补偿  73-76
    5.4.1 温度对传感系统的影响  74
    5.4.2 本传感系统的温度补偿措施  74-76
  5.5 本章小结  76-78
第六章结论与展望  78-80
  6.1 结论  78-79
  6.2 展望  79-80
参考文献  80-84
致谢  84-85
学位论文评闽及答辩情况表  85

光纤光栅声发射传感系统

内容摘要

全文目录

相似论文