光纤声发射检测技术研究

论文题目: 光纤声发射检测技术研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 机械设计及理论

作者: 梁艺军

导师: 苑立波

关键词: 声发射,光纤,干涉仪,变换,信号频率

文献来源: 哈尔滨工程大学

发表年度: 2005

论文摘要: 光纤超声检测技术是目前国际上智能结构与健康监测研究领域中的热点问题之一。本文简述了国内外光纤传感技术应用于声发射检测研究的进展情况；评述了声发射机理及其在各向同性与各向异性介质中的传输特性；建立了声波与光纤相互作用的线弹性力学模型，在光弹效应的理论基础上，研究了光纤包层对声波与光纤相互作用的影响，导出了基体材料与传感光纤间的超声压力波场的传递函数；利用FFT(Fast Fourier Transform，简称FFT)方法实现了对声发射检测信号的频率识别；给出了全光纤Fizeau干涉仪及其超声探测基本原理；分别讨论了光纤Sagnac和Mach-Zehnder几种典型的光纤干涉仪用于超声检测的基本原理与实验方案；进行了计算机仿真，给出了系统的最佳工作状态；应用上述光纤传感系统，对人工大理石中传输的超声波进行了实验研究，并将实验结果与仿真结果进行了对比分析；在Sagnac干涉仪的基础上，构建了新型Sagnac-like光纤干涉仪，系统分析了这种新型光纤干涉仪的光信号输出特征，讨论了其工作原理；设计了平面环形光纤传感器，该传感器既可以用于表面声波的检测，又可以埋入结构中实现声发射的检测；对模拟的声发射信号进行了实验检测，取得了令人满意的实验结果。实验中对作用于试件表面的冲击波进行了检测，表明所建立的实验系统可用于声发射的检测。

论文目录:

第1章绪论

1.1 本课题的目的与意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 概述

1.2.2 声发射

1.2.3 光纤声发射探测

1.3 本课题的主要研究内容

第2章声发射机理与声传输特性

2.1 声发射机理

2.1.1 位错运动产生的AE

2.1.2 裂纹的形成和扩展产生的AE

2.1.3 其它AE源的机理

2.2 各向同性介质中声传输特性

2.2.1 平面体波

2.2.2 表面波

2.3 各向异性介质对弹性波传播的影响

2.4 声发射研究的解析方法

2.4.1 解析理论

2.4.2 模拟分析

2.5 声波与光纤的相互作用

2.5.1 光纤传感器的光弹效应

2.5.2 光纤包层的影响

2.5.3 基体材料与传感光纤间的超声压力波的传递函数

2.6 本章小结

第3章时域声信号的频域分析方法

3.1 引言

3.2 Fourier变换的基本原理

3.2.1 周期函数的频谱分析——Fourier级数

3.2.2 非周期函数的频谱分析——Fourier变换

3.3 快速Fourier变换的物理意义

3.4 FT和FFT用于光纤超声传感器中的频谱分析

3.5 本章小结

第4章光纤Fizeau干涉仪的声发射检测研究

4.1 传感系统结构及原理

4.2 输出光强的计算

4.3 计算机仿真及其Fourier变换

4.4 光纤Fizeau干涉式超声传感器实验

4.4.1 实验系统的构成

4.4.2 实验结果

4.5 本章小结

第5章光纤Sagnac干涉仪的声发射检测研究

5.1 传感系统结构及原理

5.2 输出光强的计算

5.3 信号仿真及其Fourier变换

5.4 光纤Sagnac干涉式超声传感器实验

5.4.1 实验系统的构成

5.4.2 实验结果

5.5 本章小结

第6章光纤M-Z干涉仪的声发射检测研究

6.1 传感系统工作原理

6.2 输出光强的计算

6.3 计算机仿真及其Fourier变换

6.4 光纤M-Z干涉式超声传感器实验

6.4.1 实验系统的构成

6.4.2 实验结果

6.5 本章小结

第7章光纤类Sagnac干涉仪的声发射检测研究

7.1 传感系统结构及原理

7.2 输出光强的计算

7.3 计算机仿真及其Fourier变换

7.4 光纤类Sagnac干涉式超声传感器实验

7.4.1 实验系统的构成

7.4.2 实验结果

7.5 本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历

发布时间: 2006-10-13

光纤声发射检测技术研究

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