一种光纤FP 声发射传感器的设计与实现.docxVIP

第 37卷第 1期2008年 1月光　子　学　报　　　　　　　　　　　　AC TA P HO TON ICA SIN ICAVol. 37 No . 1J anuary 2008袁小庆 ,史仪凯 ,邓梁(西北工业大学机电学院 ,西安 710072)摘　要 :为克服压电陶瓷传感器易受电磁干扰、能实现长期实时检测的缺点 ,提出了光纤非本征波时间平均光强度为1τ 2 1τ 2 2I =趋广泛的现代无损检测和结构、材料研究的新技co s (φ -φ ) = E21 + E22 + 2 E1 E2 co sΔφ ( 3)安装于受力构件表面形成一定数目的传感器阵列 ,由式 ( 3)可知 ,若相干光的幅度 E1、 2不随时实时接收和采集来自于材料缺陷的声发射信号 ,通间改变 ,则光强仅随相位差Δφ =φ -φ变化而变过对这些声发射信号的识别、断和分析等 ,对材料损伤缺陷进行检测研究和对构件强度、伤、命等分析和研究电陶瓷传感器 ,其缺点是易受电磁干扰且不能实现1. 2　EFPI光纤传感器原理点 :频带宽、不受电磁干扰、灵敏度高、积很小、损 EFPI光纤传感器为相位调制型 ,即将待测量的坏阈值高、必与被测物体接触、子设备与传感器可以间隔很远等出了光纤非本征法布里 -珀罗干涉 ( Ext rinsic用多束光干涉来检测待测量 ,避免了双根光纤配对设1　系统设计1 . 1　光干涉原理两束同频、具有稳定相位差和相同偏振方向的当光纤中的光遇到光纤两个端面后分别产生两光波 e1与 e2在某处相遇而产生干涉[ 7 ] ,若 e1与 e2的表达式为腔长 L发生改变 ,两反射光的相位差 (Δφ)也随之e1 = E1 co s (ωt +φ1 )(1)变化 ,光电探测器接收到的光强为e2 = E2 co s (ω +φ ) 2 2(4)式中 , E1、E2为两束光波的振幅 ;φ1、φ 2为两束光由于φ= knl ( n为光纤的折射率 , k为光波的传2 2 2播常量) ,则ΔφΔLΔnΔkΔL国家自然科学基金 ()和航空科学基金 = + + (5)L n k L收稿日Email :yuan @nwp u. edu. cn因此光电探测器输出随待测量变化两个端面的反一种光纤 F2P声发射传感器的设计与实现 3并进行了结构参量的优化设计确定了合适的反射比射测量原理进行P分腔长理论分析和实验结果表明所设计的非本征文献标识码光纤声发射传感器具有良好的敏感性和高分辨率0082240　引言τ∫0 E dt =τ∫0 [ E1 + E2 + 2 E1 E2?声发射 ( Aco ustic Emissio n ,A E)是一种应用日co s (φ1 -φ2 ) ]dt = E21 + E22 + 2 E1 E2?术 [ 1 ]1声发射技术是采用高灵敏度的声发射传感器化 1这里的相位差是由波长、光路介质折射率和两束光的光程差所决定的 1波长、光路介质折射率和1目前 ,声发射信号测量主要采用压[ 223 ]两束光的光程差三个参量中任何一个参量发生变化都将引起干涉光相位的变化 1长期实时检测 [ 4 ]1而光纤声发射传感器具有以下优变化转为光程差的变化 ,从而使光波相位发生变1本文从实际应用角度出发 ,提[ 526 ]化 [ 829 ]1 EFPI光纤传感器的特点是采用单根光纤利理进行了研究对非本征光纤EFPI)结构测量声发射的问题 1其结构如图 11图 1　光纤非本征 F2P腔Fig. 1　F2P cavity of ext rinsic optical fibre束反射光 ,这两束反射光相遇后产生干涉 1当 F2PI det = E1 + E2 + 2 E1 E2 co s (Δφ)式中 E1、E2分别为两束反射光的光强 1波的相位 1则干涉后的光振幅 E为E = E1 + E2 + 2 E1 E2 co s (φ1 -φ2 )(2)3≈φ(04 I53068 ,20072 E53050)资助不1 2E1 2判损寿体不电t 2,光纤 F2P干涉腔是由两段纤1Tel :0292 :20072072101期