基于FBG和声波技术的损伤检测技术研究
损伤检测是重要工业技术之一，对社会经济的发展和对人身财产安全都具有重要意义。目前正朝向多传感技术相融合的方向发展，而将光纤布拉格光栅(FBG)和声波技术相结合，进行损伤检测，是当前损伤检测技术的热点之一。 本文研究应用超声波激励待测结构，通过FBG测量携带损伤信息的超声信号，构建光声结合的检测系统以检测损伤。论文的主要工作如下： (1)分析了超声技术和FBG在损伤检测技术中研究进展和FBG解调技术的研究现状。 (2)分析了超声波声场分布的特点，确定了FBG应轴向布设；分析了FBG传感原理和超声激励下FBG光栅长度对反射谱的影响，获得了用于检测超声波的FBG的光栅长度与超声波长的关系。 (3)为解决FBG检测高频声波信号的波长解调问题，本文首先研究了基于长周期光纤光栅的高频解调系统。该系统将FBG反射光利用长周期光纤光栅进行光强调制，通过检测系统输出的光强的变化检测超声信号，该系统可以检测高幅值的超声信号，但灵敏度较低，无法获取较低幅值的兰姆波信号。 (4)为获得高灵敏度的波长解调系统，本文设计了一种基于窄带FBG的高频解调系统。该系统将宽带光源利用窄带FBG调制为窄带光源，利用传感FBG对窄带光源进行光强调制，通过检测传感FBG的反射光强变化获取超声信号。实验表明改进后的系统解调频率达到了100KHz，并能获取较低幅值的兰姆波信号。该系统对某一固定传感FBG的解调范围较小，但兰姆波激励下传感FBG中心波长偏移很小，可以满足要求；通过分别设计对应的窄带FBG可解调多个传感FBG。此外，该系统中窄带光源由宽带光源调制而得，降低了成本。 (5)构建了基于FBG和声波技术的损伤检测系统，以复合材料板作为研究对象，采用分布式损伤检测系统并利用幅值法对损伤进行了识别和定位，实验结果表明该系统成功识别和定位了损伤。
光纤布拉格光栅;高频声波;损伤检测;高频解调
南京航空航天大学
硕士
测试计量技术及仪器
朱永凯
2017
中文
TP212.14;TG115.285
74
2018-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）