微纳耦合光纤模态声发射传感特性优化研究

发布时间：2020-02-19 13:54

【摘要】：为了改善微纳耦合光纤传感器声发射模态识别的能力,立足于模态声发射理论,实验研究了微纳耦合光纤有效传感区结构、长度以及对称性对传感器模态识别能力的影响,分析了优化后传感器模态识别能力的定向性。实验结果表明,当有效传感区结构为包括分离区、锥区和腰区的"X"型结构时,传感器不能识别S_0模态,且识别的A_0模态完整性差;当有效传感区结构为包括腰区和全部锥区的"---"型结构时,传感器能够识别出S_0模态,并完整地识别A_0模态;当有效传感区对称时,所测信号模态完整性好;而当有效传感区不对称时,所测信号完整性较差;"X"型结构时,分离区会衰减声波的部分能量,传感器灵敏度随着有效传感区长度的减小而增大;"---"型结构时,由于锥区起到应变放大作用,传感器灵敏度会随着锥区长度的减小而降低;传感器的模态识别能力随着检测角度的减小而减弱,其有效检测角度范围为45°~135°。该研究对本传感器应用于模态声发射具有指导意义。
【图文】：

２７２６逡逑仪器仪表学报逡逑第３邋８卷逡逑0引邋言逡逑１微纳耦合光纤传感器声发射信号的模态逡逑分析逡逑声发射技术因其具有诸多优异性能，在电力设备诊逡逑断、航空航天、土木工程、石油化工等领域具有广阔的应逡逑用。传统的声发射技术分析声发射信号的时域波形逡逑参数（振铃计数、幅值能量及持续时间等），从而根据特逡逑定算法对声发射源进行识别

第１１期逡逑刘懿莹等：微纳耦合光纤模态声发射传感特性优化研究逡逑２７２７逡逑２００逦４００逦６００逡逑时间尔ｓ逡逑（ａ）压电换能器逡逑（ａ）邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ逡逑８００逡逑０逦１００邋２００邋３００邋４００邋５００邋６００邋７００邋８００邋９００邋１邋０００逡逑频率／ｋＨｚ逡逑图３实验铝板上和／Ｉ。模态传播速度曲线逡逑Ｆｉｇ．邋３邋Ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋５０邋ａｎｄ邋ＡＱ邋ｍｏｄａｌ逡逑ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ｐｌａｔｅ逡逑为了更为直观地识别４。模态和Ｓ。模态，采用Ｇａｂｏｒ逡逑变换对所测声发射信号进行时频分析，图４（邋ａ）所示为逡逑采用压电换能器（Ｒ１５ａ）测到典型声发射信号及其Ｇａｂｏｒ逡逑变换。其中时频分布图横坐标为时间，纵坐标为频率，颜逡逑色图例为对Ｇａｂｍ？系数取对数，数值表征能量大小，显示逡逑阈值设为最大能量的0．邋０５％邋，从图４（邋ａ）的时域信号中可逡逑读出信号的峰峰值约５邋Ｖ。从时域信号中可以看出，在逡逑大约５００邋ｐ时出现且幅值较小；约在５２０叫，为心逡逑分量的起始时刻。同时，由该信号的Ｇａｂｏｒ分布图可见，逡逑在ｔ邋＝５００邋ｐ时，最先出现频率分量约为３００邋ｋＨｚ，，之后，逡逑频率越小的分量到达时间越慢，表现出明显的群速度变逡逑化特征，根据模态声发射理论，此模态应为七模态。此逡逑外，在ｚ邋＝５００邋ｐ时在１５０邋ｋＨｚ附近有微弱的分量到达，逡逑且分量到达时间无明显变化。根据此分量能量孝传播逡逑速度快、无明显群速度变化的特征可判断此分量为５。模逡逑态。由此可得，与时域分析相对比，Ｇａｂｏ

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