高分辨率光纤激光器声发射检测与复用技术研究

论文摘要

在铁路交通、石油化工、航空航天等诸多领域,需要使用声发射（AE）传感器来监测机械设备在工作过程中出现的伴有声发射的磨损或断裂等故障。光纤AE传感器与传统的电学AE传感器相比,具有频带宽、不受电磁干扰、灵敏度高、体积小、不必与被测物体接触、电子设备与传感器可以间隔很远等优点。本文提出的基于分布反馈（DFB）光纤激光器的声发射传感系统不仅具有以上优点,还具有结构简单,应变分辨率高,动态范围大,检测频率范围大,复用能力强的优势。本文的主要研究工作及成果如下:（1）总结了国内外光纤声发射检测技术的研究现状,介绍声发射信号的基本检测原理、DFB光纤激光器的工作原理以及DFB光纤激光器在声发射信号作用下的传感原理。着重分析了DFB光纤激光器在纵波-瞬态正弦波作用下的响应,验证了DFB光纤激光器可以检测声发射信号。（2）设计和实现了单通道光纤激光声发射检测系统,光频梳系统及多通道光纤激光声发射检测系统,并对这三个解调系统进行了测试,完成了应变分辨率的计算。然后对单通道光纤激光声发射检测系统进行DFB光纤激光器的声发射探测灵敏度标定。（3）在钢板上分别构建单个DFB光纤激光传感器及多个DFB光纤激光传感器,通过PZT声发射实验和低速冲击探测实验对声发射信号进行采集,然后对这两种声发射信号的拍频信号频率的时域图及频谱图分析,验证了单、多通道光纤激光声发射检测系统能准确地检测声发射信号。（4）最后主要介绍了提高频率分辨率的希尔伯特黄变换（HHT）方法的原理,并利用该方法来提高单、多通道光纤激光声发射检测系统的频率分辨率。最终可以使解调系统的应变分辨率达到10-4με级完成声发射信号检测,为实际应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题研究背景及意义
•   1.2 国内外光纤声发射技术研究现状
•   1.3 论文研究内容
• 第二章 光纤激光声发射传感原理及响应分析
•   2.1 光纤激光器的声发射传感原理
•   2.2 表面波作用光纤激光传感器的响应分析
•   2.3 本章小结
• 第三章 光纤激光声发射检测与复用技术研究
•   3.1 单通道光纤激光声发射检测系统
•     3.1.1 单通道光纤激光声发射检测系统的设计
•     3.1.2 单通道光纤激光声发射检测系统的实现
•     3.1.3 光纤激光声发射检测系统灵敏度标定
•   3.2 多通道光纤激光声发射检测系统
•     3.2.1 光纤激光器复用技术
•     3.2.2 光频梳系统的设计及测试
•     3.2.3 光频梳与光纤激光器拍频解调系统的设计与测试
•   3.3 光纤激光声发射探测实验
•     3.3.1 PZT声发射实验
•     3.3.2 低速冲击探测实验
•   3.4 本章小结
• 第四章 光纤激光声发射检测系统的分辨率提升方法研究
•   4.1 提高频率分辨率的时频分析方法
•   4.2 光纤激光拍频解调系统的希尔伯特黄变换
•     4.2.1 单通道光纤激光声发射系统的希尔伯特黄变换
•     4.2.2 多通道光纤激光声发射系统的希尔伯特黄变换
•   4.3 本章小结
• 第五章 结论与展望
•   5.1 结论
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 贾青

导师: 马怀祥

关键词: 声发射,光纤激光传感器,光频梳,拍频信号,希尔伯特黄变换

来源: 石家庄铁道大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 石家庄铁道大学

分类号: TN248

DOI: 10.27334/d.cnki.gstdy.2019.000089

总页数: 58

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