一種光纖聲發射檢測與定位系統技術方案

本發明專利技術公開了一種光纖聲發射檢測與定位系統，該系統包括：由多個光纖激光傳感器串聯而成的光纖激光傳感器應變花；封裝固定該多個光纖激光傳感器并傳遞聲發射信號的光纖激光傳感器應變花底板；耦合該多個光纖激光傳感器并傳遞聲發射信號的聲耦合劑；接收并解調由聲發射信號引起的光纖激光傳感器產生的光學信號的光纖信號解調裝置；以及基于光纖信號解調裝置對光學信號解調出的結果實現聲發射源定位的聲發射源定位裝置。利用本發明專利技術，提高了探測微弱聲發射信號和對聲發射源進行定位的能力，并解決了微弱聲發射信號檢測中聲發射傳感器的靈敏度不高，定位復雜，電磁干擾，耐高溫、高壓、強腐蝕環境能力差，長距離信號實時傳輸和長期連續觀測等問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及聲發射檢測
，尤其涉及一種超高精度的光纖聲發射檢測與定位系統。
技術介紹
聲發射(Acoustic Emission, AE)又稱為應力波發射,是材料中局域源快速釋放能量而產生瞬態彈性波的一種現象，并且多數是只能用高靈敏度傳感器才能探測到的微弱振動或表面位移。聲發射現象的觀測起源于地震監測，現今已廣泛應用于巖石破裂監測、壓力容器和航空航天部件的聲發射檢測、結構健康監測以及復合材料的聲發射特性研究等各個行業當中，并發揮著其他無損檢測方法不可替代的作用。 縱觀聲發射檢測技術的發展歷史，傳統的聲發射傳感器多采用諧振式壓電傳感器，其主要缺點是體積大，頻帶窄，必須與物體接觸，不能在高溫、強電磁干擾、腐蝕等惡劣環境下使用。例如張軻等人提出的小型寬帶聲發射傳感器(中國專利申請CN1051087A)、劉勝等人提出的一種聲發射傳感器(中國專利申請CN201074528Y)、賁宇等人提出的一種聲發射傳感器(中國專利申請CN101502947A)等。自上世紀80年代末,伴隨著光纖傳感技術的迅速發展，國內外廣泛開展了光纖聲發射檢測技術的研究工作。相比傳統的聲發射傳感器，光纖聲發射傳感器具有體積小，頻帶寬，損壞閾值高，不必與被測物體接觸或可以嵌入在結構材料內部，適用于高溫、強電磁干擾、腐蝕等惡劣環境等優點。強度調制型、相位調制型(干涉型)、波長調制型等不同類型的光纖聲發射傳感器被成功的研制出來，并應用于現場聲發射檢測。起初(1980年 2000年)，光纖聲發射檢測技術大都采用干涉式的光纖傳感器結構。近10多年來，隨著光纖光柵(FBG)傳感器的制造技術的發展及其在各個行業的成功應用，基于FBG傳感器的聲發射檢測方案得到廣泛關注(IgnacioPerez et. ,“Acoustic Emission Detection U sing F iberBragg Gratings”， SMARTMATERIALS AND STRUCTURES，2001)。相對于前期廣泛研究的干涉式光纖聲發射傳感器，FBG傳感器具有更小的體積和質量，并且采用波長編碼不受光源功率波動影響，易于組網、構成大面積分層損傷監測系統，特別的是FBG還具有聲發射檢測方向性特征，可以構建FBG應變花來實現聲發射源的定位(G THURABY et. ,“Multifunctional fibre optic sensors monitoring strain andultrasound，，，Fatigue&Fracture of Engineering Materials&Structures, 2008),這也使其成為了近十年來在光纖聲發射檢測中的研究熱點。例如，關柏鷗提供的光纖光柵聲發射和溫度傳感器(中國專利技術專利CN1818625A)、魏鵬等人提供的一種基于光纖布拉格光柵的聲發射信號傳感系統(中國專利技術專利CN102313779A)、Kenny等人提供的光纖光柵應變花(美國專利技術專利US6586722)等。但還未見到利用FBG應變花同時實現連續型和突發型兩種聲發射信號探測與定位的報道。近年來，光纖激光傳感器(FLs)在光纖傳感領域顯示出了巨大的潛力，它除了具有普通FBG傳感器結構簡單、抗電磁干擾、尺寸小和易于通過波分復用組建傳感網絡等優點外，同時還具有單頻、窄線寬、高功率、超低噪聲等優勢，結合高分辨率波長解調技術可以實現超高靈敏度的動態信號探測，這在微弱信號探測方面有著不可比擬的優勢。因此將FLs用于聲發射檢測中，不但可以獲得比FBG型聲發射傳感器具有更高的探測靈敏度(C-CYe. et, “Ultrasonic sensing using Yb3+/Er3+_codoped distributedfeedback fibregrating lasers”，SMART MATERIAL S AND S TRUCTURE S，2005)，同時由于光纖激光聲發射傳感器相對于已廣泛研究的干涉式光纖聲發射傳感器，其結構尺寸小，易于組網，這在聲發射檢測與定位方面具有很大的技術優勢。但到目前為止，對FLs的聲發射方向性特征的研究還未見到相關報道。 鑒于此，本專利技術提出一種超高精度的光纖聲發射檢測與定位系統，采用最新發展的光纖激光傳感器技術構建光纖激光傳感器應變花，并針對連續型和突發型兩種聲發射信號，利用光纖激光器的方向性特征實現兩種不同的聲發射源定位算法，同時進行連續型和突發型聲發射信號的檢測與定位，并重點解決微弱聲發射信號檢測中聲發射傳感器的靈敏度不高，定位復雜，電磁干擾，耐高溫、高壓、強腐蝕環境能力差，以及長距離信號實時傳輸和長期連續觀測等問題。
技術實現思路
(一 )要解決的技術問題有鑒于此，本專利技術的主要目的是提供一種超高精度的光纖聲發射檢測與定位系統，以提高探測微弱聲發射信號和對聲發射源進行定位的能力，并解決微弱聲發射信號檢測中聲發射傳感器的靈敏度不高，定位復雜，電磁干擾，耐高溫、高壓、強腐蝕環境能力差，長距離信號實時傳輸和長期連續觀測等問題。(二)技術方案為達到上述目的，本專利技術提供了一種光纖聲發射檢測與定位系統，該系統包括由多個光纖激光傳感器5串聯而成的光纖激光傳感器應變花8 ;封裝固定該多個光纖激光傳感器5并傳遞聲發射信號的光纖激光傳感器應變花底板4 ;耦合該多個光纖激光傳感器5并傳遞聲發射信號的聲耦合劑7 ;接收并解調由聲發射信號引起的光纖激光傳感器5產生的光學信號的光纖信號解調裝置2 ;以及基于光纖信號解調裝置2對光學信號解調出的結果實現聲發射源定位的聲發射源定位裝置I。上述方案中，所述光纖激光傳感器5為分布布拉格反射型(DBR)光纖激光傳感器或分布布拉格反饋型(DFB)光纖激光傳感器，能夠感受聲發射信號并將該聲發射信號轉變為其輸出波長的變化。上述方案中，所述光纖激光傳感器5至少有三個，并且該至少三個光纖激光傳感器5在同一平面內、互不平行，串聯構成光纖激光傳感器應變花8。上述方案中，所述光纖激光傳感器5為三個，這三個光纖激光傳感器5構成等邊三角形或等腰直角三角形。上述方案中，所述光纖激光傳感器應變花底板4和聲耦合劑7均為能夠與基體進行聲匹配的材料。上述方案中，所述光纖激光傳感器應變花底板4通過膠體粘接在基體的表面，或者將所述光纖激光傳感器應變花底板4及其上的光纖激光傳感器應變花8和聲耦合劑7 —起耦合到基體的內部，以靈活地實現聲發射信號探測和聲發射源定位。上述方案中，所述光纖信號解調裝置2為一種高精度的光纖激光傳感器解調裝置。所述光纖信號解調裝置2為基于干涉原理和相位載波(PGC)算法的光纖激光傳感器解調裝置，其動態應變分辨率可達l(T6pm。上述方案中，所述聲發射源定位裝置I能夠依據光纖激光傳感器聲發射信號的方向性特征而實現定位或依據時差法進行定位的聲發射源定位，采用連續型聲發射信號定位算法或突發型聲發射信號定位算法實現連續型或突發型兩種聲發射信號的探測與定位。當所述聲發射源定位裝置I采用連續型聲發射信號定位算法時，依據光纖激光傳感器5波長漂移幅值與聲發射信號相對于光纖激光傳感器5的方向角關系實現定位的；當所述聲發射源定位裝置I采用突發型聲發射信號定位算法時，一方面依據光纖激光傳感器5波長信號的不同頻率成分的小波能量百分本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種光纖聲發射檢測與定位系統，其特征在于，該系統包括：由多個光纖激光傳感器(5)串聯而成的光纖激光傳感器應變花(8)；封裝固定該多個光纖激光傳感器(5)并傳遞聲發射信號的光纖激光傳感器應變花底板(4)；耦合該多個光纖激光傳感器(5)并傳遞聲發射信號的聲耦合劑(7)；接收并解調由聲發射信號引起的光纖激光傳感器(5)產生的光學信號的光纖信號解調裝置(2)；以及基于光纖信號解調裝置(2)對光學信號解調出的結果實現聲發射源定位的聲發射源定位裝置(1)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張文濤，黃穩柱，馬懷祥，李芳，
申請(專利權)人：中國科學院半導體研究所，
類型：發明
國別省市：