基于光纤光栅的声发射检测毕业论文.doc
《基于光纤光栅的声发射检测毕业论文.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于光纤光栅的声发射检测毕业论文.doc(23页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、 毕 业 设 计 (论 文) 论文题目:基于光纤光栅的声发射检测目录摘要2ABSTRACT3第1章 绪论41.1研究背景41.2研究目的和意义51.3研究内容6第2章 声发射传感器的研究及应用现状72.1声发射传感器的研究72.1.1传统声发射传感器7212光纤声发射传感器92.2声发射传感器的应用现状10第3章 光纤光栅声发射检测的基本原理1131光纤AE 传感技术的基本原理1132光纤Bragg光栅声发射检测系统的解调原理12第4章 光纤光栅声发射检测系统的构建144.1光纤光栅声发射检测的探测系统144.2光纤光栅声发射检测的解调系统15第5章 性能测试实验结论和分析结论1651实验仪器
2、简单介绍1652实验所测结果及分析18第6章 总结与展望2161总结2162课题展望及发展前景21参考文献22致谢23摘要 声发射( Acoustic Emission,AE) 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,有时又称作应力波发射。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术成为声发射技术【1】。随着计算机和微型计算机的快速迅猛的发展,声发射技术作为新的无损检测也迅速发展。声发射技术应用范围已经覆盖了航空航天、石油化工、铁路、汽车、建筑、电力等众多经济领。声发射具有检测材料内部动态过程的能力, 它的独特点就在于能够检测材料或结构自身发出的信号,使人们了解检
3、测对象是处于怎样的动态过程中。声发射检测技术在航空航天、石油化工、铁路运输、电力等领域,都是一种重要的无损检测。它与常规的无损检测相比有两个基本特点:一是对动态缺陷敏感,在缺陷萌生和扩展过程中可以实时发现;二是声发射波来源于缺陷本身,可以更好地了解检测对象缺陷信息和动态过程。此外,传统的压电声发射传感器体积大,频带窄,受电磁干扰比较严重,在强电场、高温环境下其有效性受到很大制约。因此,基于光纤的声发射检测技术的研究具有非常重要的意义。本文基于铝合金对光纤光栅声发射检测进行性能测试,完成对三个标准信号AE、连续信号和断铅信号的检测功能,并将实验结果与传统压电谐振声发射检测作对比,最终得出实验结论
4、,同时分析影响光纤声发射检测的因素。关键字: 声发射 ;光纤声发射检测;标准信号ABSTRACTAcoustic Emission means the phenomenon that partial fast release energy with the transient elastic wave in different materials, sometimes it is also called stress wave emission. Acoustic emission technology includes instrument examination, analysis lau
5、nch acoustic emission using sound transmitting message inference signal sound source technology .With the fast and rapid development of computers and micro-computer, the acoustic emission technique as a new non-destructive testing of rapid development. The acoustic emission technique application sco
6、pe has covered a number of economic fields of aerospace, petrochemical, railway, automotive, construction, electricity and other. Acoustic emission has the ability of the test of material internal dynamic process .And acoustic emission detection technology is an important non-destructive testing. Co
7、mpared with conventional non-destructive testing has two basic characteristics: First, it is sensitive to the dynamic defection and it can realizes real-time detection of defect initiation and propagation process .Acoustic emission wave comes from the defect itself, a better understanding of the det
8、ect objects defects information and dynamic process. In addition, conventional piezoelectric acoustic emission sensors have large volume and narrow band. It is subject to electromagnetic interference, and it is severely restricted in the strong electric field, high temperature environment. Therefore
9、, based on fiber-optic acoustic emission detection technology has a very important significance. This paper complete the performance test of fiber Bragg grating acoustic emission detection system based on aluminum alloy, and the detection of three standard signals - AE, continuous signal, and off th
10、e lead signal. Compared the experimental results of the AE with the conventional piezoelectric acoustic emission, prove the experimental results and analysis of the factors affecting the fiber-optic acoustic emission detection system.Keywords: Acoustic emission;fiber opticacoustic emissiondetection;
11、 standard signal第1章 绪论1.1研究背景 近几十年来,声发射检测技术作为一种新的无损检测技术得到了迅速的发展。声发射( Acoustic Emission,AE) 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,有时又称作应力波发射。在外部条件下,固体( 材料或零件) 的缺陷或潜在缺陷改变状态而自动发出瞬态弹性波的现象亦称声发射。材料在应力作用下的变形与裂纹扩展是结构失效的重要机制。这种直接与变形与断裂机制有关的源是声发射源。近年来,流体的泄漏、摩擦、撞击等与变形和断裂机制无关的另一种弹性波源,被称作其它或者二次声波源。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号来推断声
12、发射源的技术叫做声发射技术。随着计算机和微型计算机的快速迅猛的发展,声发射技术作为新的无损检测也迅速发展。声发射技术应用范围已经覆盖了航空航天、石油化工、铁路、汽车、建筑、电力等众多经济领域【2】。声发射是一种常见的物理现象,大多数金属材料塑性变形和断裂时都有声发射信号产生。各种材料的声发射信号的频率范围很宽,从几Hz的次声频,20Hz20KHz的声频到数MHz的超声频。声发射信号的幅度也很大,从10-13m的微观错位运动到1m量级的地震波。如果声发射释放的应变能量足够大,就可以产生人听得到的声音。比如铅笔芯的断裂、树枝的折断、机械器件的断裂等。声发射技术从研究的范围来看,刚最初的压力容器、金
13、属疲劳和断裂力学应用,发展到声发射仪器制造、信号处理、金属材料、复合材料、岩石、航空航天、铁路运输、工程制造过程检测、建筑、石油化工、电力等几乎所有工业领域。随着社会经济的迅猛发展,新建的高层建筑、大桥、水库和水力发电的大坝、隧道、石油储备、煤矿建筑等对建筑空间的要求越来越高,事故危险性也正在增加。一旦事故发生,将造成巨大的生命和财产损失。所以,声发射检测的研究对各个领域都有重要的意义。同时,随着全数字化声发射仪器和各种功能强大的信号处理软件的出现,声发射检测步入了一个更高层次【3】。1.2研究目的和意义 声发射具有检测材料内部动态过程的能力。它的独特点就在于能够检测材料或结构自身发出的信号,
14、使人们了解检测对象是处于怎样的动态过程中。声发射检测技术在航空航天、石油化工、铁路运输、电力等领域,都是一种重要的无损检测【4】。它与常规的无损检测相比有两个基本特点:一是对动态缺陷敏感,在缺陷萌生和扩展过程中可以实时发现;二是声发射波来源于缺陷本身,可以更好地了解检测对象缺陷信息和动态过程。与其他无损检测相比较,声发射检测的优点是:可以获得关于缺陷的动态信息,可以根据这来评价缺陷的实际危害和程度以及结构的完整性和预期使用寿命。这也是声发射最大的优点。对于大型结构,不需要移动传感器做复杂的扫描工作。可以使用多个传感器检测需要检测的部位。这样经过一次加载或者试验就可以实现大面积检测缺陷的位置和监
15、测缺陷的动态过程可以提供随载荷、时间、温度等外部变量而变化的实时瞬态或者连续信号,适合与过程监控以及早期或者临近破坏的预报对被检测工件的要求不高,所以适合与其他无损检测难以或者无法工作环境(如高低温、易燃易爆、核辐射等)下的检测对几何构建的形状不敏感,适合与其他方法不能检测的复杂形状结构。对于压力容器的耐压试验,声发射检测方法可以预防由未知不连续缺陷引起系统的灾难性时效和限定系统的最高工作电压。几乎所有材料在变形和断裂时均产生声发射,声发射检测的适用范围比较广【5】。同时,由于声发射检测是一种动态检测,探测的是机械波,具有以下特点:声发射检测对材料十分敏感,容易受到机械噪声的干扰,所以对数据的
16、正确解释要有更为数据库和现场检测经验声发射检测,一般需要适当的加载程序。一般可以利用现成的加载条件。声发射检测目前只可以给出声发射检测的部位、活性和强度,不能确定声发射源内缺陷的性质和大小,仍需依赖于其他无损检测方法进行复检。1.3研究内容 实验过程中分别构建声发射检测的探测系统和调制解调系统。探测系统有基于线性边带滤波器的探测系统、基于光谱仪的探测系统、基于可调声光滤波器的探测系统、基于WDM光纤耦合器的探测系统、基于可调F-P(Fabry-Perot)的滤波器的探测系统等。实验过程中使用的是基于光谱仪的探测系统,从宽带光源发出的光经过环行器到达传感光纤光栅时,只有以Bragg波长为中心的窄
17、带光才会被光栅所反射,经环行器进入光谱仪,可直接从光谱仪中观察反射光谱的特性,如带宽、峰值位置、谱的形状等等。当传感光栅受到外部微扰时,反射光谱的特性就会发生变化,如峰值位置的移动、谱形的变化等。光纤传感包含外界信号如何调制光线中的光波参量,如强度、波长、频率、相位和偏振态等的调制技术(或者加载技术)及如何从被调制的光波中提取外界信号(被测量)的解调技术(或检测技术)。目前,用于波长解调有很多种方法,如滤波法、干涉法、光栅色散法、可调谐窄带激光器扫描法等。实验过程中使用的是窄带激光器匹配解调法。实验过程中基于铝合金对光纤光栅声发射检测系统进行性能测试,实验过程中使用的是基于光谱仪的探测系统,如
18、图41所示,使用的是窄带激光器匹配解调系统,如图42所示。实验整体结构如图54所示,将传统的压电声发射传感器与光纤光栅声发射传感器至于同一个铝板上,对光纤光栅声发射检测系统的性能进行测试,研究其是否能够完成对正弦信号、断铅信号、纺锤信号的检测,通过上位机获得相对应的电压时间、功率频率、幅值时间图,同时与传统的压电声发射检测作对比。最终得到实验结论,同时分析影响光纤光栅声发射检测的因素。第2章 声发射传感器的研究及应用现状2.1声发射传感器的研究 固体介质中传播的声发射信号含有声发射源的特征信息,一般情况下要根据这些信息反映材料特性或者是缺陷发展状态,就是说要在固体便面接受这种声发射信号。声发射
19、信号时瞬变随机信号,频率范围很宽,从几Hz的次声频,20Hz20KHz的声频到数MHz的超声频,垂直位移极小约为10-17 10-14 米。因此声发射检测仪器具有高响应速度、高灵敏度、高增益、宽动态范围等性能。2.1.1传统声发射传感器传统声发射传感器主要为压电谐振式声发射传感器。压电式传感器分为谐振式和非谐振式,非谐振式传感器一般工作在谐振频率1/3以下频段,灵敏度 较低,但有很平坦的响应,故一般可用于宽频带接收。谐振式传感器工作于频率响应曲线的谐振频率附近,灵敏度高,但带宽受到限制,一般用于发射型换能器,也可用于窄带接收。由于声发射信号较弱,各种干扰较大,因此,谐振式传感器一般作为换能器运
20、用到压电谐振式传感器【6】。压电声发射传感器一般由壳体、保护膜、压电元件、阻尼块、连接导线及高频插座组成。压电元件通常采用锆钛酸铅、钛酸钡和铌酸锂等。根据不同的检测目的和环境采用不同结构和性能的声发射传感器。其中,谐振式高灵敏度声发射传感器是声发射检测中使用最多的一种。压电谐振式声发射检测过程中,运用压电效应。压电效应是可逆的,分为正压电效应和逆压电效应。一般情况下,我们把正压电效应称作是压电效应。当某些电介质沿一定方向受外力作用而变形时,在其一定的两个表面上产生正负异号电荷,当外力去掉后,又恢复到不带电的状态,这种现象为正压电效应。 利用正压电效应制成的正压电传感器可以将振动、压力、加速度等
21、非电量转换成电量,从而进行高精度的测量。 接线端子阻尼层被衬压电陶瓷敏感元件外壳匹配网络电极引线匹配层电极 图21 压电谐振式声发射传感器结构图当在电介质的极化方向施加电场,某些电介质在一定的方向上将产生机械变形或者是机械应力,当外电场撤去后,变形或者应力也随之消失,这种现象称作逆压电效应。利用逆压电效应可制成超声波发生器、压电扬声器、频率高度稳定的晶体振荡器等。逆压电效应可以用作声发射信号的产生。电介质受力所产生的电荷与外力的大小成正比,比例系数为压电常数。它与机械形变方向有关,一定材料一定方向上则为常量。电介质受力产生电荷的极性取决于变形的形式(压缩或者伸长)。有明显压电效应的材料是压电材
22、料,常用的有石英晶体、铌酸锂LiNbO3、镓酸锂LiGaO3等单晶和钛酸钡压电陶瓷、锆钛酸铅系列压电陶瓷PZT等多晶。新型压电材料有高分子压电薄(如聚偏二氟乙烯PVDF)和压电半导体。由于压电转换元件具有自发电和可逆两种重要性能,加上它重量轻、结构简单、工作简单、固有频率高、灵敏度和信噪比高等优点,因此,压电式传感器的应用获得迅速的发展。在测试技术中,压电转换元件能测量可转换成力的那些物理量,例如压力、加速度、机械冲击和震动感等,因此在声学、力学、医学和宇航等广阔领域中都可见到压电式传感器的应用。但是压电材料制成的声发射传感器无静态输出,而且要求输出阻抗较高,不耐高温、容易受电磁干扰等,在一些
23、磁场、电场较强的场合不宜使用。212光纤声发射传感器光纤传感器(fiber-optic sensor, FOS)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器,与以电为基础的传感器有着本质的区别。目前已经研制出两千多种光纤传感器,可以用于测量温度、压力、应变、振动、超声等物理量;气体成分、PH值等化学量;抗体、基因等生物量。光纤传感器与传统的电子类传感器相比有以下优点:(1)传感器的体积小,重量轻,可以方便地安装在设备的内部,安装在变压器油箱或者绕组内部可以进行长期监测。(2)光纤传感器用光波作为传感信号,测量不受外界电磁场的干扰,长期漂移相对较小,可以在高压等强电场环境下对电力
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于光纤光栅的声发射检测 毕业论文 基于 光纤 光栅 声发 检测
链接地址:https://www.31ppt.com/p-3939652.html