光纤传感器用于金属表面超声波检测的原理与应用研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zjzhanjx
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采用超声检测技术对金属相关特性参数的测定,在无损检测领域中占有重要的一席之地。随着对检测材料的各项性能指标参数的要求越来越高,迫切需要研发一种更加灵敏、可靠的无损检测技术。采用光纤传感技术,通过对声表面波进行检测和分析是这一领域热点研究方向之一。本文采用Sagnac光纤干涉仪技术,实现对声波在固体中传播速度的检测。采用三角形铸铁为被测对象,利用数据采集卡收集信息,通过PC机采图计算得到实验数据:将两个Sagnac环贴在铸铁的两端(纵波)或在铸铁的同一侧(表面波),当超声波信号在固体中传播并作用于光纤传感器的敏感光环时,输出端的数据采集卡将会得到两个波谱,通过电脑可以读出。由于这两个传感器在不同时刻探测到信号,根据时间差以及预先设计好的距离就可以计算出声波的速度。再通过理论公式推导,将所测数据带入到推导公式中可以计算出固体材料的杨氏模量和泊松比。对光纤传感器的工作原理做了详细阐述,回顾了声表面波无损检测技术的发展历程;详细地介绍了声表面波的类型,分析了声表面波在无边界各向同性固体中传播的特性,详细分析了声表面波在有边界固体中的传播特性,并针对边界变化条件的限制,对瑞利波、电声波、乐甫波、广义瑞利波、拉姆波等的性质进行了较详细的分析和部分推导,对它们的特性给予了较全面地阐述。并介绍了声表面波反射和模式的转换,波束偏离和衍射效应以及声表面波的衰减。对于各向同性介质中声表面波的传播,给出了理论模型;各向异性介质因为相对比较复杂,这里给出了一些解释;之后推导了声波在固体中的波动方程。给出了光纤在声波作用下因光纤长度变化、折射率的重新分布等引起的相位变化,分析了各变量对相位的贡献。
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