试谈毕业论文——基于光纤光栅的声发射检测

1、试谈毕业论文基于光纤光栅的声发射检测试谈毕业论文一一基于光纤光栅的声发射检测论文范文导读： 毕业设计（论 文）论文题冃：基于光纤光栅的声发射检测目录摘要2 abstract.3第1章绪论41.1研究背景4 1.2研究目的和意义5 1.3研究内容6第2章声发射传感器的研究及应用现状72.1声发射传感器的研究7 2.1.1传统声发射传感器72. 1. 2光纤声发射传感器9 2.2声发射传感器的应用现状10第3章光纤光栅声发射检测的基本原理11 3. 1光纤ae传感技术的基本原理113. 2光纤bragg光栅声发射检测系统的解调原理12第4章光纤光栅声发射检测系统的构建144.1光纤光栅声发射检测的

2、探测系统14 4.2光纤光栅声发射检测的解调系统15第5章性能测试实验结论和分析结论165. 1实验仪器简单介绍16 5. 2实验所测结果及分析56 7 8 9 10试谈毕业论文一一基于光纤光栅的声发射检测论文范文导读： alsocalledstressission.acousticemissiontechnologyincludesinstrumentexa mination,analysis567891018第6章 总结与展望216. 1总结21 6. 2课题展望及发展前景21试谈毕业论文一一基于光纤光栅的声发射检测论文范文(3)导 读:onprocess.acousticemission

3、thedefectitself,abetterunderstandingofthedete ctobjectsdefectsinformationanddynamicprocess.inaddition,conventionalpi ezoelectricacousticemissionsensorshavelargevolurneandnarroagicinterfere nce,anditlaunch acoustic emission using sound transmitting message inference signal sound source technology .en

4、t of puters and microputer, the acoustic emission technique as a neent.the acoustic emission technique application scope has covered a number of economic fields of aerospace, petrochemical, railotive, construction, electricity and other.acoustic emission has the ability of the test of material inter

5、nal dynamic process and acoustic emission detection technology is an important non destructive testing.pared ic defection and it can realizes real-time detection of defect initiation and propagation process acoustic emission the defect itself, a better understanding of the detect objects defects inf

6、ormation and dynamic processin addition, conventional piezoelectric acoustic emission sensors have large volume and nan*oagic interference, and it is severely restricted in the strong electric field, high temperature environment.therefore, based o 5 6 7 8 9 10试谈毕业论文基于光纤光栅的声发射检测一论文范文（4）导读: tsoftheaei

7、ssion,provetheexperimentalresultsandanalysisofthefactorsaffec tingthefiber-opticacousticemissiondetectionsystem.keyission;fiberopticacousticemissi ondetection;standardsignal3第1章11研究背景绪论近n fiber-optic acoustic emission detection technology has a very important significance this paper plete the perfor

8、mance test of fiber bragg grating acoustic emission detection system based on aluminum alloy, and the detection of three standard signals ae, continuous signal, and off the lead signal pared the experimental results of the ae ission, prove the experimental results and analysis of the factors affecti

9、ng the fiber-optic acoustic emission detection systemkeyission; fiber optic acoustic emission detection; standard signal3第1章1.1研究背景绪论近几十年来，声发射检测技术作为一种新的无损检测技术得到了迅 速的发展。声发射(acoustic emission, ae)是材料中局域源快速释放能量而产 生瞬态弹性波的一种现象，有时又称作应力波发射。在外部条件下，固体(材料或零件)的缺陷或潜在缺陷改变状态而 自动发出瞬态弹性波的现象亦称声发射。材料 在应力作用下的变形与裂纹扩展是结

10、构失效的重要机制。这种直接与变形与断裂机制有关的源是声发射源。近年来，流体的泄漏、摩擦、撞击等与变形和断裂机 制无关的另一 种弹性波源，被称作其它或者二次声波源。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号来推断声发射源的 技术叫做声发射技术。随着计算机和微型计算机的快速迅猛的发展，声发射技术作为新 的无损检测也迅速发展。声发 射技术应用范围已经覆盖了航空航天、石油化工、铁路、汽 车、建筑、电力等众多经济领域【2】。声发射是一种常见的物理现象，大多数金属材料塑性变形和断裂 时都有声发射信号产生。各种材料的声发射信号的频率范围很宽，从几hz的次声频， 20hz20khz的声频到数mhz的超声频。声

11、发射信号的幅度也很大，从1013m的微观错位运动到im量 级的地震波。如果声发射释放的应变能量足够大，就可以产生人听得到的声音。 比如铅笔芯的断裂、5 6 7 8 9 10试谈毕业论文一一基于光纤光栅 的声发射检测_论文范文(5)导读： 树枝的折断、机械器件的断裂等。声发射技术从研究的范围来看，刚最初的压力容器、金属疲劳和断 裂力学应用，发展到声发射仪器制造、信号处理、金属材料、复合 材料、岩石、航空航天、铁路运输、工程制造过程检测、建筑、石 油化工、电力等几乎所有工业领域。随着社会经济 的迅猛发展，新建的高层建筑、大桥、水库和水力发 电的大坝、隧道、石油储备、煤矿建筑等对建筑空间的要求越来越

12、 高，事故危险性也正在增加。一旦事故发生，将造成巨大的生命和财产损失。 所以，声发射检测的研究对各个领域都有重要的意义。 同时，随着全数字化声发射仪器和各种功能强大的信号处理软件的 出现，声发射检测步入了一个更高层次【3】。41.2研究目的和意义声发射具有检测材料内部动态过程的能力。 它的独特点就在于能够检测材料 或结构自身发出的信号，使人们了 解检测对象是处于怎样的动态过程中。声发射 检测技术在航空航天、石油化工、铁路运输、电力等领域， 都是一种重要的无损 检测【4】。它与常规的无损检测相比有两个基本特点：一是对动态缺陷敏感， 在缺陷萌生和扩展过程中可以实时发现；二是声发射波于缺陷木 身，可

13、以更好 地了解检测对象缺陷信息和动态过程。与其他无损检测相比较，声发射检测的优点是：可以获得关于缺 陷的动态 信息，可以根据这来评价缺陷的实际危害和程度以及结 构的完整性和预期使用寿 命。这也是声发射最大的优点。对于大型结构，不需要移动传感器做复杂的扫 描工作。可以使用多个传感器检测需要检测的部位。这样经过一次加载或者试验 就可以实现大面积检测缺陷的位置和监 测缺陷的动态过程可以提供随载荷、时间、温度等外部变量而 变化的实时瞬态或者连续信号，适合与过程监控以及早期 或者临近 破坏的预报对被检测工件的要求不高，所以适合与其他无损检测 难以或者无法工作环境（如高低温、易燃易爆、核辐射等）下的检 测

14、对几何构建的形状不敏感，适合与其他方法不能检测的复杂形 状结构。 对于压力容器的耐压试验，声发射检测方法可以预防由未知不 连续缺陷引起系统的灾难性时效和限定系统的最高工作电压。 几乎所有材料在变形和断裂时均产生声发射，声发射检测的适用 范围比较广【5】。同时，由于声发射检测是一种动态检测，探测的是机械波，具有以 下特点：声发射检测对材料十分敏感，容易受到机械噪声的干 扰，所以对数据的正确解 释要有更为数据库和现场检测经验 声 发射检测，一般需要适当的加载程序。一般可以利用现成的加载条件。声发射检测目前只可以给出声发射检测的部位、活性和强度，不 能确定声发射源内缺陷的性质和大小，仍需依赖于其他无

15、损检测方 法进行复检。1.3研究内容实验过程中分别构建声发射检测的探测系统和调制解 调系统。探测系统有基于线性边带滤波器的探测系统、基于光谱仪的探测系 统、基于可调声光滤5 6 7 8 9 10试谈毕业论文一一基于光纤光栅 的声发射检测论文范文（6）导读：灵敏度高，但带宽受到限制，一 般用于发射型换能器，也可用于窄带接收。由于声发射信号较弱， 各种干扰较大，因此，谐振式传感器一般作为换能器运用到压电谐 振式传感器【6】。压电声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元 件、阻尼块、连接导线及高频插座组成。压电元件通常采用错钛酸 铅、钛酸顿和锐酸锂等。根据不同的检测波器的 探测系统、基于 光纤耦合器的

16、探测系统、基于可调f-p （fabry-perot）的 滤波器的探测系统等。实验过程中使用的是基于光谱仪的探测系统，从宽带光源 发出的光 经过环行器到达传感光纤光栅时，只有以bragg波长为中心的窄 带光才 会被光栅所反射，经环行器进入光谱仪，可直接从光谱仪 中观察反射光谱的特性，如带宽、峰值位置、谱的形状等等。当传感光栅受到外部微扰时，反射光谱的特 性就会发生变化，如峰 值位置的移动、谱形的变化等。光纤传感包含外界信号如何调制光线中的光波参量，如强度、波 长、频率、相位和偏振态等的调制技术（或者加载技术）及如何从 被调制的光波中提取外界 信号（被测量）的解调技术（或检测技 术）。目前，用于波

17、长解调有很多种方法，如滤波法、干涉法、光栅色散 法、可调谐窄带激光器扫描法等。实验过程中使用的是窄带激光器匹配解调法。实验过程中基于铝合金对光纤光栅声发射检测系统进行性能测试， 实验过程中使用的是基于光谱仪的探测系统，如图4-1所示，使 用的是窄带激光器匹配 解调系统，如图42所示。实验整体结构如图5-4所示，将传统的压电声发射 传感器与光纤 光栅声发射传感器至于同一个铝板上，对光纤光栅声发射检测系统 的性能进行测试，研究其是否能够完成对正弦信号、断铅信号、 纺锤信号的检测，通过上位机获得相对应的电压一时间、功率一频 率、幅值一时间图，同时与传统的压电声发射检测作对比。最终得到实验结论，同时分

18、析影响光纤光栅声发射检测的因素。第2章声发射传感器的研究及应用现状2.1声发射传感器的研究固体介质中传播的声发射信号含有声发射 源的特征信息，一般情况下要根据这些信息反映材料特性或者是缺 陷发展状态，就是说要在固体便面接受这种声发射信号。声发射信号时瞬变随机信号，频率范围很宽，从几hz的次声 频，20hz20khz的声频到数mhz的超声频，垂直位移极小约 为 10-17 -10-14 米。因此声发射检测仪器具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动态范围等性 能。2.1.1传统声发射传感器 传统声发射传感器主要为压电谐振式声发 射传感器。压电式传感器分为谐振式和非谐振式，非谐振式传感器一般丁作在

19、谐振频率1/3以下频段，灵敏度 较低，但有很平坦的响应，故一般可用于宽频带接收。谐振式传感器工作于频率响应曲线的谐振频率附近，灵敏度高，但 带宽受到限制，一般用于发射型换能器，也可用于窄带接收。由于声发射信号较弱，各种干扰较大，因此，谐振式传感器一般作 为换能器运用到压电谐振式传感器【6】。压电声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接 导线及高频插座组成。压电元件通常采用错钛酸铅、钛酸顿和規酸锂等。根据不同的检测目的和环境采用不同结构和性5 6 7 8 9 10试谈 毕业论文一一基于光纤光栅的声发射检测论文范文(7)导读： 能的声发射传感器。其中，谐振式高灵敏度声发射传感器是声发

20、射检测中使用最多的一 种。压电谐振式声发射检测过程中，运用压 电效应。压电效应是可逆的，分为正压电效应和逆压电效应。一般情况下，我们 把正压电效应称作是压电效应。当某些电介质沿一定方向受外力作用而变形时，在其一定的两个表 面上产生 正负异号电荷，当外力去掉后，又恢复到不带电的状 态，这种现象为正压电效应。利用正压电效应制成的正压电传感器可以将振动、压力、加速度等 非电量转换成 电量，从而进行高精度的测量。电极引线匹配x络接线端子阻尼层被衬外壳压电陶瓷敏感元件电极匹配层图2-1压电谐振式声发射传感器结构图当在电介质的极化方向施加电场，某些电介质在一定的方向上将产 生机械变 形或者是机械应力，当外

21、电场撤去后，变形或者应力也随 之消失，这种现象称作 逆压电效应。利用逆压电效应可制成超声波发生器、压电扬声器、频率高度稳定 的晶体振荡器等。逆压电效应可以用作声发射信号的产生。电介质受力所产生的电荷与外力的大小成正比，比例系数为压电常 数。它与机械形变方向有关，一定材料一定方向上则为常量。电介质受力产生电荷的极性 取决于变形的形式（压缩或者仲长）。 有明显压电效应的材料是压电材料，常用 的有石英晶体、覩酸锂 linbo3、镣酸锂ligao3等单晶和钛酸锁压电陶瓷、错钛 酸铅系 列压电陶瓷pzt等多品。新型压电材料有高分子压电薄（如聚偏二氟乙烯pvdf）和压电半 导体。由于压电转换元件具有自发电

22、和可逆两种重要性能，加上它重量 轻、结构简 单、工作简单、固有频率高、灵敏度和信噪比高等优 点，因此，压电式传感器的 应用获得迅速的发展。在测试技术中，压电转换元件能测量可转换成力的那些物 理量，例 如压力、加速度、机械冲击和震动感等，因此在声学、力学、医学 和宇 航等广阔领域中都可见到压电式传感器的应用。但是压电材料制成的声发射传感 器无静态输出，而且要求输出阻 抗较高，不耐高温、容易受电磁干扰等，在一些 磁场、电场较强的 场合不宜使用。2. 1. 2光纤声发射传感器 光纤传感器(flbetoptic sensor, fos) 是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感 器，

23、与以电为基础的传感器有着本质的区别。目前 已经研制出两千多种光纤传感器，可以用于测量温度、压力、 应变、振动、超声 等物理量；气体成分、ph值等化学量；抗体、 基因等生物量。光纤传感器与传 统的电子类传感器相比有以下优点：(1)传感器 的体积小，重量轻，可以方便地安装在设备的内部，安装在变压器 油箱或者绕组内部可以进行长期监测。(2) 光纤传感器用光波作为传感信号，测量不受外界电磁场的干 扰，长期漂移相对较小，可以在高压等强电场环境下对 电力进行长 期的监测。(3) 光纤传感5 6 7 8 9 10试谈毕业论文基于光纤光栅的声 发射检测论文范文(8)导读：器通过光信号的特征变化来实现对外界参

24、数检测的功能，传输光缆 不带电，传感器由玻璃纤维制成，绝缘性能好，本质安全，适合于 石油等工作场所，如表2-1所示。表2一1为光纤声发射传感器和传统声发射传感器的特点对比光纤 声发射传感器 体积小、频带宽 可实现非接触测量 抗高温、抗电磁 干扰、抗腐蚀，适合于恶劣环境工作 传统声发射传感器 体积大， 频带窄 必须与物体接触进行测量 不能再高温、强电磁干扰、腐蚀 环境工作灵敏度高、安全性高灵敏度低，易受外界环境干扰 光纤传感器(fos)用光作为敏感信息的载体，用光纤作为传递敏 感信息的媒介。光纤传感器的组成和原理：光导纤维可以作为光波的传播介质，而 且光波在 光纤中传播时光波的特征参量 振幅、相

25、位、偏振态、 波长等因外界因素(如温度、压力、磁场、电场等)的作用直接或 者间接地发生变化，因此光纤传感器 可用作探测各种物理量【7】。光纤传感器系统一般由光源、传输光纤、传感探头、光电转换和信 号处理等四个部分。光源发出的光波通过入射光线传到传感探头，受到被测物理量的调 制，然后携带调制信息的光波经光电转换后变为电信号，通 过解调 即可得到被测物理量的状态，如图2-2所示。9入射光波光纤出射光波 光波的特征参量：振幅、相位、波长 解调系统 光 电转换电信号外界因素（温度、压力、磁场、电场）等）图2-2基本光纤传感器系统2.2声发射传感器的应用现状声发射检测技术具有检测材料内部动 态过程的能力

26、，它在许多技术领域内得到越来越多的运用。主要包括以下方面：材料检测：由于裂纹的萌发与扩展伴随着强 烈的声发射活动，声发射技术成为 断裂力学的重要研究手段。应用于复合材料、增强塑料、陶瓷材料和金属材料的性能测试，材 料的断裂试验，金属和合金材料的疲劳试验以及腐蚀监测，材料的 摩擦测试等。电力工业：变压器局部放电的检测，高压容器和汽包的检测，蒸 汽管线的连续 泄漏监测，锅炉泄漏的监测,汽轮机轴承运行状况的 监测，阀门蒸汽损失的定量测试等。石油化工工业：高温反应器、换热器、管线、低温容器、球星容 器和柱形容器的检测和结构完整性评价，阀门的泄漏检测，埋地管 道的泄漏检测，腐蚀状况的 实时探测和海岸管道

27、内部存在沙子的探 测等等。民用工程：楼房、桥梁、起重机、隧道、大坝的检测，水泥结构 裂纹开裂和扩展到连续检测等。航空航天工业：飞机起落架的原位监测，发动机叶片和直升机叶 片的检测，航 空器的在线连续监测，飞机壳体的断裂探测，航空器 的验证性试验等。交通运输业：公路和铁路槽车的检测和缺陷定位，铁路材料和 结构的裂纹探测，桥梁和隧道的结构完整性检测，卡车和火车滚珠 轴承和轴颈轴承的状态监测，火 车车轮和轴承的断裂探测。金属加工：工具磨损和断裂的探测，金属加工过程的质量控 制，焊接过程监测5 6 7 8 9 10试谈毕业论文一一基于光纤光栅 的声发射检测_论文范文（9）导读：3. 2光纤bragg光

28、栅声发射检测 系统的解调原理布拉格（bragg）光栅会对入射的宽带光进行选择性 反射，反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光（带 宽通常约为0.10.5nm）o这样，光纤光栅就5678910,振动探测，锻压测试，加工过程的碰撞探测和预防。第3章光纤光栅声发射检测的基木原理3. 1光纤ae传感技术 的基本原理光纤光栅声发射检测原理是：将光源的光经入射光纤送 入调制区，在调制区内待测ae波对光进行调制使光的光学性质 （如强度、相位、波长、频率、偏振 态等）发生变化，从而使已调 光携带ae波的信息，然后，将已调光送入解调装 置，从被调制 的光波中提取外界信号（被测量）。外界信号对传感光纤

29、中光波参量进行调制的部位称为调制区。根据调制区与光纤的关系，可将调制分为两大类。一类为功能型调制，调制区位于光纤内，外 界信号通过直接改变光 纤的某些传输特征参量对光波实施调制。这类光纤传感器 称为功能型（functional fiber,简称ff型）或 本征型光纤传感器，也成为内 调制型传感器，光纤同具“传”和 “感”两种功能。因为光源耦合的发射光纤同光探测器耦合的接收光纤为一根连续光 纤，称为传感光纤，故功能型光纤传感器 亦称全光纤型或传感型光 纤传感器。另二荚为非功能型调制，调制区在光纤之外，外界信号通过外加 调制装置对进入光纤中的光波实施调制，这类光纤传感器称为 非 功能型（nonfu

30、nctional fiber,简称nff）或非本征型光纤传感器, 在非木 征型光纤传感器中，光纤只起传光作用，传感探头为其他敏 牛o左射光纤与接收光纤仅起传输光波的作用，称为传光光纤，不具有 连续性，故非功能型光纤传感器也称传光型光纤传感器或外调制光 纤传感器【8】。根据被外界信号调制的光波的物理特征参量的变化情况，可将光波 的调制分 为光强度调制、光频率调制、光波长调制、光相位调制和 偏振调制等五种类型。图3-1所示为光纤bragg光栅的结构图，它是通过改变光纤芯 区折射率，产 生小的周期性调制而形成的。所谓调制，就是本来沿光纤轴线均匀分布的折射率 产生大小起伏的 变化。光纤的材料为石英，由

31、芯层和包层组成，通过对芯层掺杂（通常是 掺错），使芯层折射率比包层折射率n2大，从而形成波导，光就可 以在芯层中传播。当芯层折射率受到周期性调制后，形成空间的相位光栅，其作用实 质 上是在纤芯内形成一个窄带的（透射或反射）滤波器或反射镜。当一束宽光谱光经过光纤光栅时，满足光纤光栅布拉格条件的波长 将产生反射，其余的波长透过 光纤光栅继续传输【9】。11满足bragg条件的光波包层折射率n2入射光波透射光波bragg 光栅纤芯折射率nl反射光波折射率调制图31光纤光栅结构图3. 2光纤bragg光栅声发射检测系统的解调原理布拉格（bragg） 光栅会对入射的宽带光进行选择性反射，反射一个中心波长

32、 与芯层 折射率调制相位相匹配的窄带光（带宽通常约为0.10.5nm）。这样，光纤光栅就5 6 7 8 9 10试谈毕业论文一一基于光纤光栅 的声发射检测论文范文（10）导读：大了能够检测的工作光谱范围： 提高了测量的精度、灵敏度和速度；随着信息技术的不断发展，光 谱仪实现了数字化和自动化。从宽带光源发出的光经过环行器到达 传感光纤光栅时，只有以bragg波长为中心的窄带光才会被光栅所 反射，经环行器进入光谱仪，可直接从光谱仪中观察反射光谱的特 性，如带宽、峰值位置、谱的形状等等。起到了光波选择反射镜的作用。这样反射条件就称为bragg条件，只有满足bragg条件的光波才 能被光纤光栅反射只有波长满足bragg条件光