光纤声发射检测系统稳定性的研究

论文摘要

声发射检测技术用于无损检测与评估,是国内外学者研究的一项极为重要的课题。作为将声发射检测和光纤传感技术结合起来的光纤声发射检测技术有着更为重要的研究意义和广泛的应用前景。由于光纤传感器易受环境、温度等因素的影响,因此,光纤传感器稳定性的问题,成为提高声发射检测系统稳定性的一个关键问题。为了提高声发射检测系统的稳定性,本课题从应用于声发射检测系统的Mach-Zehnder光纤声发射传感器的工作原理入手,研究了该传感器的相位特性；利用Jones矩阵推导了其输出光强公式；通过仿真,分析了光纤传感器的初始相位差、大信号调制和小信号调制下的输出干涉信号的波形特征及其频谱特性；讨论了相位漂移及倍频原因,得到了干涉仪的最佳工作状态；分析了利用PZT实现相位跟踪调制的原理。另外,从光纤传感器的偏振特性入手,分析了单模光纤中偏振态不稳定的原因；分别讨论了弯曲应力与扭转应力对偏振态的影响,结合Mach-Zehnder型光纤声发射传感器,讨论其输出光强信号的偏振衰落影响因素及产生的附加相移噪声。在理论分析的基础上构建了Mach-Zehnder型光纤声发射检测实验系统进行研究。分别从相位特性、偏振特性、温度、电路等环境噪声的影响等方面进行了研究与分析；通过PZT给光纤传感器施加不同幅度的调制信号,给出了大信号和小信号对干涉信号的影响；通过光纤的扭转,给出了偏振态对干涉信号幅度的影响情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景及意义
• 1.1.1 声发射检测技术的应用及其优点
• 1.1.2 光纤传感器的原理、结构与分类
• 1.1.3 相位调制型光纤传感器
• 1.1.4 相位调制型光纤传感器用于声发射检测技术的优势
• 1.1.5 光纤声发射检测技术面临的问题
• 1.2 声发射检测技术的国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本课题研究的主要内容
• 第2章 光纤声发射检测技术
• 2.1 声发射机理
• 2.1.1 声发射的产生
• 2.1.2 声发射的传输特性
• 2.2 声发射检测的基本原理
• 2.3 声波与光纤的相互作用
• 2.4 本章小结
• 第3章 影响光纤声发射检测系统稳定性的相位特性分析
• 3.1 光纤传感器输出信号Fourier变换
• 3.2 Mach-Zehnder光纤声发射传感器
• 3.2.1 工作原理及输出光强计算
• 3.2.2 输出信号特性分析
• 3.3 相位调制机理与特性
• 3.3.1 正交偏置原理
• 3.3.2 相位漂移及倍频简析
• 3.3.3 光纤相位调制机理
• 3.4 干涉型光纤传感器相位检测技术
• 3.4.1 主动零差检测
• 3.4.2 被动零差检测
• 3.4.3 PZT相位调制原理
• 3.5 本章小结
• 第4章 影响光纤声发射传感系统稳定性的偏振特性分析
• 4.1 单模光纤偏振特性的描述
• 4.2 单模光纤中偏振态不稳定的原因
• 4.2.1 内部因素
• 4.2.2 外部因素
• 4.3 弯曲光纤的偏振特性
• 4.4 扭转光纤的偏振特性
• 4.5 Mach-Zehnder声发射检测干涉仪偏振衰落理论分析
• 4.5.1 偏振衰落
• 4.5.2 Mach-Zehnder干涉仪输出光强信号的计算
• 4.5.3 偏振衰落及相移噪声分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 声发射检测系统实验与分析
• 5.1 实验系统的构成
• 5.2 相位特性研究
• 5.3 偏振特性研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢