用于高耸钢结构裂纹监测的光纤声发射传感器研究
在50多年前，现代声发射(acoustic emission)理论及技术兴盛起来。声发射技术从实验室研究发展到工程应用，测试频率从声频提高到数十兆赫兹，检测仪器也已发展为多通道、数字化及高度计算机化的检测分析系统。然而所采用的传感器一般为压电式，须与前置电信号放大电路保持很近的距离。它们都容易受到机电类噪声干扰，且传感器工作频带窄、必须与待测试件接触。而光纤声发射传感器则免受电磁类噪声干扰，工作频带宽，不必与待测试件接触；更兼其尺寸非常小，可以与相应的电气设备相隔很远。光纤传感器将成为结构损伤探测领域的新的研究方向。
本文基于光纤法布里-珀罗(F-P)传感器及声发射检测技术，通过研究该传感器对裂纹所激发的声发射信号的响应，证实所设计的光纤法布里-珀罗传感器可用于对高耸结构裂纹的在线监测。本文的主要工作是：
(1)分析了当前在金属材料领域中的声发射检测技术，总结了光纤传感技术在结构损伤探测领域里的发展状况，提出了用于裂纹监测的光纤法布里-珀罗传感器。
(2)根据光纤法布里.珀罗传感器的工作原理，及声发射信号在金属材料中的传播特点，设计并且制备了侧式及膜片式光纤F-P声发射传感器。
(3)对所制备的两种传感器进行了性能测试，包括传感器的基本光学性能及温度特性测试。实验结果表明，传感器的光学性能较好；并且侧式传感器的温度稳定性、重复性较好，在温度从-20℃逐步上升到80℃的过程中，干涉条纹单个级次的波峰漂移不超过7nm；而膜片式传感器的波峰漂移呈线性变化。
(4)使用光纤声发射传感器，能够检测到对金属试件的裂缝处施加载荷时产生的声发射信号，并且膜片式法布里-珀罗传感器则能够探测到模拟的声发射信号，证实光纤传感器在钢结构裂纹探测中应用的可行性。
(5)在总结实验研究的基础上，提出了用于钢结构裂纹监测的传感器完善措施，并且对基于此传感器的检测系统进行了展望。
光纤传感;光电转换;高耸钢结构;裂纹监测
武汉理工大学
硕士
物理电子学
童杏林
2012
中文
TU391;TP212.9
76
2012-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）