一种光纤声发射检测与定位系统技术方案

本发明专利技术公开了一种光纤声发射检测与定位系统，该系统包括：由多个光纤激光传感器串联而成的光纤激光传感器应变花；封装固定该多个光纤激光传感器并传递声发射信号的光纤激光传感器应变花底板；耦合该多个光纤激光传感器并传递声发射信号的声耦合剂；接收并解调由声发射信号引起的光纤激光传感器产生的光学信号的光纤信号解调装置；以及基于光纤信号解调装置对光学信号解调出的结果实现声发射源定位的声发射源定位装置。利用本发明专利技术，提高了探测微弱声发射信号和对声发射源进行定位的能力，并解决了微弱声发射信号检测中声发射传感器的灵敏度不高，定位复杂，电磁干扰，耐高温、高压、强腐蚀环境能力差，长距离信号实时传输和长期连续观测等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及声发射检测
，尤其涉及一种超高精度的光纤声发射检测与定位系统。
技术介绍
声发射(Acoustic Emission, AE)又称为应力波发射,是材料中局域源快速释放能量而产生瞬态弹性波的一种现象，并且多数是只能用高灵敏度传感器才能探测到的微弱振动或表面位移。声发射现象的观测起源于地震监测，现今已广泛应用于岩石破裂监测、压力容器和航空航天部件的声发射检测、结构健康监测以及复合材料的声发射特性研究等各个行业当中，并发挥着其他无损检测方法不可替代的作用。 纵观声发射检测技术的发展历史，传统的声发射传感器多采用谐振式压电传感器，其主要缺点是体积大，频带窄，必须与物体接触，不能在高温、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境下使用。例如张轲等人提出的小型宽带声发射传感器(中国专利申请CN1051087A)、刘胜等人提出的一种声发射传感器(中国专利申请CN201074528Y)、贲宇等人提出的一种声发射传感器(中国专利申请CN101502947A)等。自上世纪80年代末,伴随着光纤传感技术的迅速发展，国内外广泛开展了光纤声发射检测技术的研究工作。相比传统的声发射传感器，光纤声发射传感器具有体积小，频带宽，损坏阈值高，不必与被测物体接触或可以嵌入在结构材料内部，适用于高温、强电磁干扰、腐蚀等恶劣环境等优点。强度调制型、相位调制型(干涉型)、波长调制型等不同类型的光纤声发射传感器被成功的研制出来，并应用于现场声发射检测。起初(1980年 2000年)，光纤声发射检测技术大都采用干涉式的光纤传感器结构。近10多年来，随着光纤光栅(FBG)传感器的制造技术的发展及其在各个行业的成功应用，基于FBG传感器的声发射检测方案得到广泛关注(IgnacioPerez et. ,“Acoustic Emission Detection U sing F iberBragg Gratings”， SMARTMATERIALS AND STRUCTURES，2001)。相对于前期广泛研究的干涉式光纤声发射传感器，FBG传感器具有更小的体积和质量，并且采用波长编码不受光源功率波动影响，易于组网、构成大面积分层损伤监测系统，特别的是FBG还具有声发射检测方向性特征，可以构建FBG应变花来实现声发射源的定位(G THURABY et. ,“Multifunctional fibre optic sensors monitoring strain andultrasound，，，Fatigue&Fracture of Engineering Materials&Structures, 2008),这也使其成为了近十年来在光纤声发射检测中的研究热点。例如，关柏鸥提供的光纤光栅声发射和温度传感器(中国专利技术专利CN1818625A)、魏鹏等人提供的一种基于光纤布拉格光栅的声发射信号传感系统(中国专利技术专利CN102313779A)、Kenny等人提供的光纤光栅应变花(美国专利技术专利US6586722)等。但还未见到利用FBG应变花同时实现连续型和突发型两种声发射信号探测与定位的报道。近年来，光纤激光传感器(FLs)在光纤传感领域显示出了巨大的潜力，它除了具有普通FBG传感器结构简单、抗电磁干扰、尺寸小和易于通过波分复用组建传感网络等优点外，同时还具有单频、窄线宽、高功率、超低噪声等优势，结合高分辨率波长解调技术可以实现超高灵敏度的动态信号探测，这在微弱信号探测方面有着不可比拟的优势。因此将FLs用于声发射检测中，不但可以获得比FBG型声发射传感器具有更高的探测灵敏度(C-CYe. et, “Ultrasonic sensing using Yb3+/Er3+_codoped distributedfeedback fibregrating lasers”，SMART MATERIAL S AND S TRUCTURE S，2005)，同时由于光纤激光声发射传感器相对于已广泛研究的干涉式光纤声发射传感器，其结构尺寸小，易于组网，这在声发射检测与定位方面具有很大的技术优势。但到目前为止，对FLs的声发射方向性特征的研究还未见到相关报道。 鉴于此，本专利技术提出一种超高精度的光纤声发射检测与定位系统，采用最新发展的光纤激光传感器技术构建光纤激光传感器应变花，并针对连续型和突发型两种声发射信号，利用光纤激光器的方向性特征实现两种不同的声发射源定位算法，同时进行连续型和突发型声发射信号的检测与定位，并重点解决微弱声发射信号检测中声发射传感器的灵敏度不高，定位复杂，电磁干扰，耐高温、高压、强腐蚀环境能力差，以及长距离信号实时传输和长期连续观测等问题。
技术实现思路
(一 )要解决的技术问题有鉴于此，本专利技术的主要目的是提供一种超高精度的光纤声发射检测与定位系统，以提高探测微弱声发射信号和对声发射源进行定位的能力，并解决微弱声发射信号检测中声发射传感器的灵敏度不高，定位复杂，电磁干扰，耐高温、高压、强腐蚀环境能力差，长距离信号实时传输和长期连续观测等问题。(二)技术方案为达到上述目的，本专利技术提供了一种光纤声发射检测与定位系统，该系统包括由多个光纤激光传感器5串联而成的光纤激光传感器应变花8 ;封装固定该多个光纤激光传感器5并传递声发射信号的光纤激光传感器应变花底板4 ;耦合该多个光纤激光传感器5并传递声发射信号的声耦合剂7 ;接收并解调由声发射信号引起的光纤激光传感器5产生的光学信号的光纤信号解调装置2 ;以及基于光纤信号解调装置2对光学信号解调出的结果实现声发射源定位的声发射源定位装置I。上述方案中，所述光纤激光传感器5为分布布拉格反射型(DBR)光纤激光传感器或分布布拉格反馈型(DFB)光纤激光传感器，能够感受声发射信号并将该声发射信号转变为其输出波长的变化。上述方案中，所述光纤激光传感器5至少有三个，并且该至少三个光纤激光传感器5在同一平面内、互不平行，串联构成光纤激光传感器应变花8。上述方案中，所述光纤激光传感器5为三个，这三个光纤激光传感器5构成等边三角形或等腰直角三角形。上述方案中，所述光纤激光传感器应变花底板4和声耦合剂7均为能够与基体进行声匹配的材料。上述方案中，所述光纤激光传感器应变花底板4通过胶体粘接在基体的表面，或者将所述光纤激光传感器应变花底板4及其上的光纤激光传感器应变花8和声耦合剂7 —起耦合到基体的内部，以灵活地实现声发射信号探测和声发射源定位。上述方案中，所述光纤信号解调装置2为一种高精度的光纤激光传感器解调装置。所述光纤信号解调装置2为基于干涉原理和相位载波(PGC)算法的光纤激光传感器解调装置，其动态应变分辨率可达l(T6pm。上述方案中，所述声发射源定位装置I能够依据光纤激光传感器声发射信号的方向性特征而实现定位或依据时差法进行定位的声发射源定位，采用连续型声发射信号定位算法或突发型声发射信号定位算法实现连续型或突发型两种声发射信号的探测与定位。当所述声发射源定位装置I采用连续型声发射信号定位算法时，依据光纤激光传感器5波长漂移幅值与声发射信号相对于光纤激光传感器5的方向角关系实现定位的；当所述声发射源定位装置I采用突发型声发射信号定位算法时，一方面依据光纤激光传感器5波长信号的不同频率成分的小波能量百分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤声发射检测与定位系统，其特征在于，该系统包括：由多个光纤激光传感器(5)串联而成的光纤激光传感器应变花(8)；封装固定该多个光纤激光传感器(5)并传递声发射信号的光纤激光传感器应变花底板(4)；耦合该多个光纤激光传感器(5)并传递声发射信号的声耦合剂(7)；接收并解调由声发射信号引起的光纤激光传感器(5)产生的光学信号的光纤信号解调装置(2)；以及基于光纤信号解调装置(2)对光学信号解调出的结果实现声发射源定位的声发射源定位装置(1)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张文涛，黄稳柱，马怀祥，李芳，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：