美军研究出用于结构健康监测的光纤激光传感器【亚博手机网页版】

本文摘要:最近,美国海军研究室(NRL )的光学科学部和材料科学部的研究者合作,顺利地使用了分散型对系光纤激光声飞传感器来检测由焊接搭接连接器的龟裂产生的声飞信号。

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最近,美国海军研究室(NRL )的光学科学部和材料科学部的研究者合作,顺利地使用了分散型对系光纤激光声飞传感器来检测由焊接搭接连接器的龟裂产生的声飞信号。利用光纤激光声发射传感器进行了焊接搭接连接器的缺损检测:该图显示了左上搭接连接器中铆钉间裂纹的消除和生长现象。将光纤激光传感器(听右上插图)安装在检测结构上,测量裂缝缺损引起的发射信号,作为软件引起的音响事件(AEevent )进行记录。

典型的数据记录如下右图所示。从图中可以看出,在失去成长的情况下,AEevent的振幅不会大幅增加。图片来源:美国海军实验室。“我们可以研究现场结构体健康监测(SHM )自动化系统,有效地监视结构体的重要参数,如温度、内部应力、冲击及裂纹缺损等。

光学科学部物理学家GeoffreyCranch博士还说:“在结构损伤情况超过临界水平之前可靠地进行检测,可以减少结构的安全性和信息的反馈速度,同时减少海军平台的操作者成本。” “现在,没有一个美军种子被用于管理设备结构的健康”。为了构建这个目标,最重要的是需要大致动态地检测裂缝等缺损较多、与急速成长相关的音响发射信号的传感器。此外,这种传感器必须比以往许多电子产品小、重、易操作、灵敏度非常高或提高。

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最后一个目的是减小这些组件的系统占用空间和降低可靠性。美国海军研究事务所(ONR )的材料科学部收到了研究资金的一部分,NRL正在开发像人类头发丝那么宽的激光传感器。

在测试过程中,研究者在一组铝焊件上安装了分散型对系光纤激光声辐射传感器,测量了2小时加速疲劳试验中产生的一个0.5MHz比特率的声辐射信号,同时用一个同等的电传感器展开了测量。该嵌入式传感器可以用于解决问题焊接件的周期性“微动磨损”的声音事件,或检测来自裂缝的声音飞溅信息。对于搭接部的延时光学,可以将观测到的脱落与测量到的信号相关联。这种光纤激光传感器除了裂缝检测之外,还需要有效地检测冲击损伤的影响,此外,还具有需要与现有的光纤突发事件和温度传感系统构筑的潜力。

因为这拒绝为了符合现场结构体健康监测体系的操作者的安全性而获得多参数传感能力,所以有趣的是,这也降低了整体的成本。Cranch说:“我们的研究小组已经证明了这种光纤激光传感技术需要模拟疲劳环境下裂缝产生的超声波声音发射信号的能力。” 由裂缝等缺损产生的音响信号也可以使用压电式传感器进行测量,该技术增进了现有的故障预测工作。

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但是,压电传感技术由于设备体积小、分散型监视能力有限,所以在很多方面没有什么实用性。Cranch特别强调这项技术可能适用于军事领域以外的许多领域。

“我们的研究和应用侧重于海军等防卫方面,如飞机、舰船、潜水艇等。如果几个桥梁和建筑物的结构中含有容易受到疲劳和过热影响的重要部件,这个技术在某种程度上可以用来倒计时监视这些结构”。目前,没有其他固有型光纤传感器能与光纤激光声发射传感器在实验室测试的性能相媲美。与一些现有的电传感觉技术相比,光纤激光传感器已经被证明具有非常高的声发射信号敏感性。

该系统已经能够在一条光纤上构建多条光纤激光传感器。目前,该研究小组主要展开解读和说明这些声音的发射数据,以计算一些简单的指标参数(如故障概率等)。

未来的改进方向主要侧重于构建相控阵波束构成技术,有效确认裂缝等缺失的具体位置。

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