光纤用于结构材料的声发射特性研究

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文光纤用于结构材料的声发射特性研究姓名：秦余欣申请学位级别：硕士专业：光学工程指导教师：梁艺军201103 光纤用于结构材料的声发射特性研究摘要光纤声发射传感器以其频带宽，抗电磁干扰，灵敏度高，体积小等优点在声发射��信号探测方面有着广泛的应用前景。本文简述了声发射技术的历史及其特点，介绍了声发射源的机理、表面波的传输特性以及各种光纤声发射干涉仪的结构，给出了���光纤干涉仪的环形光纤检测超声波及声源定位的原理并构建了实验系统。材料的碎裂过程中都会产生声发射信号，所以检测和分析声发射信号对于我

2、们的生产生活有着极其重要的意义。不同的材料由于物理性质的不同，在断裂时会产生不尽相同的声发射信号。本课题通过设计实验，对不同材料断裂过程的声发射信号进行检测，通过快速傅立叶变换分析其频谱，力求能找到同一种材料断裂的声发射信号的特征。为材料结构健康水平的评估与监测提供了一种新的方法。关键词：声发射；���干涉仪；频谱特性；光纤传感 哈尔滨工程大学硕士学位论文������������������谢��������琾��������������������������������．��������������������

3、���������������������������������������������������������������������������������������������������；���� ��选题背景及其意义论。声发射信号与材料微观力学特性和断裂特性之间的关系。声发射信号处理的新理论、新方法。声发射检测／监测、评价的新方法及新标准。声发射含义的广义化，即扩展新的研究和应用领域。声发射技术用于结构完整性评价的可靠性分析等。声发射检测在航空、航天、石油、化工、铁路、汽车、建筑和电力等许多领域，都是一

4、种重要的无损检测技术，它与常规无损检测技术相比有两个基本特点，其一是对动态缺陷敏感，在缺陷萌生和扩展过程中能实时发现；其二是声发射波来自缺陷本身而非外部，可以得到有关缺陷的丰富信息，检测灵敏度与分辨力高。与其它无损检测技术相比，其优点是①可获得关于缺陷的动态信息，并据此评价缺陷的实际危害程度以及结构的完整性和预期使用寿命。②对大型构件，无需移动传感器作繁杂的扫查操作，只要布置好足够数量的传感器，经一次加载或试验即可大面积检测缺陷的位置和监视缺陷的活动情况，操作简便、省时省工。③可提供随载荷、时间和温度等外部变量而变化

5、的实时瞬态或连续信号，适用于过程监控以及早期或临近破坏的预报。④对被检工件的接近要求不 哈尔滨工程大学硕士学位论文��声发射技术发展及应用�世纪�年代末到�年代问，美国和日本许多学者在实验室中做了大量工作，研机制方面的研究工作，首次提出声发射可作为研究工程材料行为疑难问题的工具，并预 采集和处理声发射信号的速度大幅度提高，信息存储量增加，提高了声发射源的定位功能和缺陷检出准确率。随着计算机技术及相关电子技术的高速发展，声发射技术在越来越多的行业中得以成熟运用，具有实时、连续、整体地监视损伤的起始和扩展等传统检测方法所

6、不及的优点，开始成为压力容器、机械制造过程监控、油田应力测量、复合材公司和中国广州声华公司先后开发了计算机化程度更高、体积和重量更小的第三代数字多通道声发射检测分析系统，除能进行声发射参数实时测量和声发射源定位外，还可直接进行声发射波形的观察、显示、记录和频谱分析。由于计算机技术和信号处理技术的迅速发展，带动了声发射技术的快速发展，声发射技术日趋成熟，应用的深度和广度都有了较大的发展，尤其是现代信号技术对声发射的发展起到了极大的推动作用。�世纪�年代至今，计算机技术和数据采集技术快速更新换代，迸一步提高和完善了声发射

7、仪器的功能和可靠性，出现了准实时多通道全波形声发射仪器。在声发射信声发射信号数据分析与处理软件包，进一步促进了声发射技术的发展和应用领域的拓�世纪�年代初国内开始尝试将声发射技术用于压力容器检验等工程，鉴于当时 哈尔滨工程大学硕士学位论文�����目前还开展了处于世界前沿的基于波形分析基础之上的模态分析、经典谱分析、现代谱分析、小波分析和人工神经网络模式识别，另外也对声发射信号参数采用了模式识别、灰色关联分析和模糊分析等先进技术，我国还自主开发了进行各种信号分析和模式识别的软件包。通过采用这些信号处理与分析技术，可以

8、在不对声发射源部位进行常规无损检测复验的情况下，直接给出声发射源的性质及危险程度【�������。但姚力等人通过研究传统声发射源定位的不确定性问题后指出�源定位位置的不确定度至少约达到�．������緇刀，故目前声发射源定位误差仍较大。由上述声发射技术的发展历程可知声发射检测的目的是发现声发射源的位置和得到有关声发射源尽可能多的信息，通过对探测