用于结构声发射检测的分布式光纤传感检测机理研究

材料缺陷、腐蚀和超期服役等因素造成的大量损伤隐患对工程结构运行安全构成了严重威胁，居高不下的维修、维护费用也使工程结构运行成本剧增。本课题深入研究工程结构损伤产生的声发射波与光纤F-P传感器作用机理，建立传感器干涉模型和应变模型；研究用于传感器工作点控制技术，以保证传感器的灵敏度；进行分布式光纤F-P传感器的设计构造与相关理论研究，确定分布式光纤F-P传感器的构造形式；设计标测传感器对连续声波和脉冲校准声波响应特性的技术方法、标准和测定设施，调试和标定所设计的传感器，改进传感器部分技术性能。通过上述研究，提出一种用于工程结构健康监控的新型分布式光纤传感技术用于声发射信号的获取与处理，从而达到对工程结构健康状态在线实时监控和评估。该方法在保障工程结构安全运行、合理设定损伤容限、降低维护费用、灾害预报和延长工作寿命等方面有着重要的意义。

材料缺陷、腐蚀和超期服役等因素造成的大量损伤隐患对工程结构运行安全构成了严重威胁，居高不下的维修、维护费用也使工程结构运行成本剧增。本课题深入研究工程结构损伤产生的声发射波与光纤F-P传感器作用机理，首先建立了光纤Fabry-Perot传感器的多光束干涉模型和受应力波作用的传感模型；针对光纤Fabry-Perot传感器的工作点漂移问题，研究并开发一种双探头传感探头，成功用于传感器工作点控制技术，使两路输出信号处于正交状态，保证了传感器工作点位于正交点，提高了传感器检测应力波的灵敏度；进行分布式光纤F-P传感器的设计构造与相关理论研究，确定分布式光纤F-P传感器的构造形式；设计标测传感器对连续声波和脉冲校准声波响应特性的技术方法、标准和测定设施，调试和标定所设计的传感器，改进传感器部分技术性能。在光纤传感器的定位方法的研究中，通过分析语音信号端点检测的原理，提出将语音信号的短时能量端点检测方法应用于声发射信号到达时间的测定，并采用光纤F-P双探头传感器进行定位实验。首先，运用经验模态分解（EMD）对传感器接收到的声发射信号进行滤波预处理；其次，通过计算声发射信号的短时能量来确定声发射信号的到达时间；最后，根据各传感器检测到的声发射信号的到达时间差进行声发射源定位。实验结果显示，绝对定位精度达到4.9mm，相对精度达到4.67%，证明此方法可行，并达到精度要求。通过上述研究，提出一种用于工程结构健康监控的新型分布式光纤传感技术用于声发射信号的获取与处理，从而达到对工程结构健康状态在线实时监控和评估。该方法在保障工程结构安全运行、合理设定损伤容限、降低维护费用、灾害预报和延长工作寿命等方面有着重要的意义。