CN113984902A - 一种新型串联式光纤声发射检测技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于相位光时域反射技术的串联式光纤声发射检测技术，包括：传感和解调两部分：传感部分主要通过与待测件相接触的由光纤绕制成环状的光纤环声发射传感器来实现；解调部分包括背向瑞利散射光探测、光电信号转换、数据处理以及振动源位置确定。本发明主要用于声发射领域，相比于传统的压电陶瓷声发射***，本发明具有响应速度快，传输距离远，灵敏度高，抗电磁干扰能力强，可在极低温环境下工作等优点；相较于普通的光纤环声发射传感器***，该检测技术可以在一个通道串联多个光纤环声发射传感器，实现多点测量且灵敏度更高。
Description
技术领域
本发明属于超声波检测技术领域，特别涉及一种新型串联式光纤声发射检测技术，特别适用于强电磁干扰环境、高湿度环境、高温以及低温声发射领域。
背景技术
超声波是一种振动频率高于声波的机械波。超声波检测技术分为主动超声波检测技术和被动超声波检测技术。主动超声波检测技术是利用超声探头发出超声波信号，超声波信号在待测物体内传播，遇到待测物体内存在缺陷，超声波会反弹，利用超声波接收装置便可以接收反弹回的超声波，以上述方法进行探测的为主动超声波检测技术；被动超声波检测技术，是被测物体受到外界作用时，由于内部结构发生变化，会发出频率较高的超声波，结构不同，也会产生不同的超声波信号，使用传感器接收待测物体发出的超声波信号，进行相关的信号处理便可以实现对待测物体故障位置的确定以及是否将要断裂进行判断。
相位光时域反射技术(Φ-OTDR)。当光纤由于外界因素产生扰动时，相应位置光纤的折射率及长度将会发生变化，这将导致该位置的光相位的变化，改变的光相位在传输过程中是周期性变化的，最终相位的变化由于干涉作用将导致光强变化，并与入侵的位置相对应。
光纤中的瑞利后向散射。光纤在拉制过程中，由于热扰动，使原子得到压缩性的不均匀或压缩性的起伏，造成密度的不均匀，进而使折射率不均匀。这种不均匀或起伏在冷却过程被保存，且该种不均匀结构的尺寸远小于入射光波长。折射率的不均匀引起光在光纤中发生瑞利散射。瑞利散射在整个空间中都有功率分布，其中存在沿光纤轴向向后的散射，称之为瑞利后向散射。
相位光时域反射技术相比于其他振动测量方式灵敏度更高，且更加稳定。所有的振动信息将会存储到瑞利后向散射光的相位中，只需要在***中将相位信息解调，便会得到关于振动的一些信息。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种新式光纤声发射检测技术。该检测技术基于目前常用的相位光时域反射技术，将不同位置处传感光纤绕制成具有一定长度的环状结构，具有更高的灵敏度，该方法以光作为声发射信号的载体，具有不受电磁干扰，能够在水中、高温、极低温以及复杂工况下正常工作的优点。
本发明采用的技术方案为：一种新型串联式光纤声发射检测技术。在使用瑞利后向散射光测振动的***中，将不同位置的光纤绕制成含有相同长度光纤的环，实现在一根光纤上绕制多个光纤环，实现串联式分布式检测声发射信号的传感器分布。不同位置传感器接收声发射信号的时间不同，每个传感器之间距离已知的情况下可以实现对待测物体故障的准确定位。对***内相位解调可以实现对声发射信号进一步解析。
本发明与现有技术相比的优点在于：该新型串联式光纤声发射检测技术是在一根光纤不同位置，将光纤绕制成环状，用于接收待测物体发出的声发射信号。与之前大多数光纤声发射***不同的是：该***将相位光时域反射技术应用其中，检测灵敏度高，串联式连接的方式，将更方便对故障进行定位。
附图说明
图1是新型串联式光纤声发射检测技术；
图中：1～7为激光脉冲产生模块、瑞利背向散射光收集模块、光电转换模块以及数据采集和处理模块。8为多个盘成环状的光纤环声发射传感器串联分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当采用已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
如图1所示：本发明所述的新型串联式光纤声发射检测技术包括传感和解调两部分：其中，传感部分是在一根光纤上每间隔一段距离将固定长度的光纤绕制成环作为光纤环声发射传感器，目的是提高灵敏度高。多个光纤环声发射在一根光纤上串联，可以实现分布式检测，也可以实现对局部某个故障区域的定位，待测物体声发射信号引起光纤内部结构的变化，使得产生的瑞利背向散射光相位发生改变，并传回到解调***内部，相位的变化保存了振动的信息。解调部分是根据相位光时域反射技术原理利用瑞利背向散射光检测光纤某处振动的***进行解调，采集瑞利背向散射光对其相位进行解调，记录产生振动的时间，利用上位机进行数据处理，实现故障的定位。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (3)
1.一种基于相位光时域反射技术的串联式光纤声发射检测技术。激光脉冲产生装置：激光器(1)、声光调制器(2)、掺铒光纤放大器(3)，产生激光脉冲进入传感器***。该检测技术的特征为：在一根光纤上绕制多个环状结构作为传感器，传感器绕制成环状，增加了某位置的光纤长度，使得光纤感受振动的相对面积增加，更加敏感。多个光纤环声发射传感器串联在一起，记录各个传感器之间的距离，声发射信号由各个串联的声发射传感器接收，并通过光纤将携带声发射信号的激光信号传回到光电转换***中，将采集到的信号转换为数字信号之后，由上位机处理。根据不同位置处的光纤环声发射传感器采集到由被测物体产生的声发射信号，可以判断被测物体是否将要断裂或者内部结构是否有变化；串联式光纤环声发射检测技术可以按照一定的分布方式进行布置，不同传感器检测被测物体声发射信号的时间不同、被测物体在不同位置产生的声发射信号以及结合光纤环声发射确定的位置信息可以实现断裂故障的定位。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位光时域反射技术的串联式光纤声发射检测技术。其特征是将光纤绕制成环状，增加某位置处的光纤长度，提高光纤感受振动以及声发射信号的相对面积，提高灵敏度。
3.根据权利要求1所述的一种基于相位光时域反射技术的串联式光纤声发射检测技术。其特征是：串联式光纤环声发射检测技术，在一根光纤上可以连接多个光纤环声发射传感器，每个传感器上光纤长度固定，可以通过长度以及每个传感器之间的距离确定每个传感器所处的位置；实现分布式测量，将光纤环声发射传感器按照一定的分布布置与待测物体上，各个光纤环声发射传感器所感受的声发射信号的时间以及结合之前所述的位置信息便可以实现待测物体故障定位。
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| CN109238355A (zh) * | 2018-08-30 | 2019-01-18 | 武汉理工大学 | 光纤分布式动静态参量同时传感测量的装置及方法 |
| CN110208668A (zh) * | 2019-07-10 | 2019-09-06 | 国网上海市电力公司 | 一种光纤声发射振动传感器及局部放电传感*** |
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2021
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