基于光纤超声波动传感技术的主动和被动结构损伤识别方法研究

发布时间：2017-11-02 05:26

  本文关键词：基于光纤超声波动传感技术的主动和被动结构损伤识别方法研究

  更多相关文章： Mach-Zehnder干涉仪 光纤超声波动传感器 管结构 应力波 声发射

【摘要】：光纤超声波动传感器是结构健康监测和智能结构领域的研究热点之一,相比传统应力波检测的电学元件,光纤传感器具有灵敏度高、体积小、抗电磁干扰、适应性强、灵活多变、集感知与传输于一体等优点,将超声导波检测和声发射技术与光纤传感器相结合,有利于更广泛和便捷地应用于实际工程结构的损伤检测和监测。本论文主要研究了基于Mach-Zehnder(M-Z)干涉仪原理的超声波动光纤传感器的主动与被动结构损伤识别方法。论文首先给出了M-Z干涉仪的基本原理,分析了基于M-Z干涉仪的光纤传感器测量超声波的原理。为了能使干涉仪处于最佳的工作状态,分析环境中的温度变化、随机振动以及光纤双折射对干涉仪输出信号的影响机制。其次,将超声光纤传感器应用于圆管结构的主动损伤识别研究中。针对管结构,为了增加光纤传感器的灵敏度,在圆管中将光纤缠绕于圆管以增加传感臂的感应长度,并分析了圆管上的螺旋光纤对管中各种模态的敏感性。通过管中轴向传播导波模态的特性分析,选择L(0,2)模态作为检测模态,采用31d型压电晶片环形阵列对称激励,用光纤超声波动传感器进行损伤检测,研究了圆管中光纤传感器进行应力波检测的特性,并与传统的压电晶片的检测相比较。最后给出了一种便携式的新型光纤超声波动传感器,在铝板试验中分析各个尺寸的光纤传感器的频响特性,并选择其中一种型号进行混凝土梁的破坏损伤声发射试验,对比分析了光纤传感器和传统声发射传感器对混凝土梁的损伤声发射信号的感知效果。
【关键词】：Mach-Zehnder干涉仪 光纤超声波动传感器 管结构 应力波 声发射
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU317;TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义8
• 1.2 基于波动理论损伤检测8-11
• 1.2.1 超声导波检测技术8-9
• 1.2.2 声发射技术9-11
• 1.3 光纤超声传感器技术11
• 1.4 基于M-Z干涉仪光纤传感器研究现状11-13
• 1.4.1 国外研究现状11-12
• 1.4.2 国内研究现状12
• 1.4.3 基于M-Z干涉仪光纤传感器面临的主要问题12-13
• 1.5 本文的主要研究内容13-15
• 第2章 Mach-Zehnder干涉仪基本原理15-31
• 2.1 Mach-Zehnder干涉仪原理15-17
• 2.2 初始相位差与应力波幅值影响原理17-21
• 2.2.1 正交偏置原理17-19
• 2.2.2 直流相位跟踪法19-21
• 2.3 光的偏振态对应力波测量的影响21-26
• 2.3.1 M-Z干涉仪声发射检测的偏振衰落分析22-25
• 2.3.2 单模光纤偏振不稳定的因素[38]25
• 2.3.3 抗偏振衰落的办法25-26
• 2.4 应力波与光纤的相互作用的基本理论26-29
• 2.4.1 应力应变效应26-29
• 2.4.2 温度效应29
• 2.5 本章小结29-31
• 第3章 基于光纤超声传感器的圆管损伤监测31-51
• 3.1 圆管中的导波基本理论31-35
• 3.1.1 导波传播特性与模态选择32-34
• 3.1.2 频散曲线34-35
• 3.2 螺旋型光纤传感器在圆管中的相位差理论推导35-38
• 3.3 试验方案38-44
• 3.3.1 激励信号38-39
• 3.3.2 试验系统39-40
• 3.3.3 激励频率选取40-42
• 3.3.4 光纤长度的选取42-43
• 3.3.5 对称激励压电片个数对信号的影响43-44
• 3.4 损伤检测44-50
• 3.4.1 A处损伤识别45-48
• 3.4.2 B处损伤识别48-50
• 3.5 本章小结50-51
• 第4章 基于光纤超声传感器的混凝土声发射信号检测51-69
• 4.1 圆柱型光纤声发射传感器51-52
• 4.2 光纤传感器频响特性52-57
• 4.2.1 铝板中的导波和频散曲线52-53
• 4.2.2 试验方案53-57
• 4.3 新型光纤超声传感器的混凝土梁声发射试验57-67
• 4.3.1 混凝土声发射简介58-60
• 4.3.2 混凝土梁的损伤声发射试验60-67
• 4.4 本章小结67-69
• 结论69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76

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本文编号：1130197