基于光纤传感器的声发射检测系统性能测试

作为最有潜力替代常规压电传感器的光纤声发射检测方法之一,光纤布拉格光栅(FBG)传感器由于其体积小、抗电磁干扰、易实现分布式检测等特点,已成为国内外研究热点,并出现了商用FBG声发射检测产品。为了更深入地理解FBG传感器的检测效果和应用特性,采用落球实验作为测试用的声发射源,分析了FBG传感系统的声发射信号检测性能,并对比了FBG传感器和压电传感器2种声发射检测系统的时频域响应特性。实验结果表明,信号采样频率范围偏低是制约FBG光纤检测技术在声发射检测上应用的最大障碍。     

双Fabry-Perot干涉腔型光纤声发射传感器

设计了一种新型的双Fabry-Perot腔光纤传感器用于材料损伤引起的声发射信号检测。基于低细度Fabry-Perot腔多光束干涉原理,建立了光纤Fabry-Perot传感器检测声发射信号的数学模型。分析双Fabry-Perot腔正交点稳定工作机制,设计并制作了具有双Fabry-Perot腔结构的光纤声发射传感器来保持传感器正交点的稳定性。通过模拟AE信号检测与热应力干扰实验对设计的传感器进行了实验验证。实验一通过冲击振动与折断铅笔芯产生两类模拟声发射信号,使用商用的压电传感器和光纤传感器进行对比实验,结果表明光纤传感器能够成功检测到两类模拟声发射信号,灵敏度为12.9nm,带宽达到30kHz。实验二对传感器进行工作点稳定测试,结果表明双F-P腔的控制机制能够保证传感器工作在正交点,解决了传感器输出信号衰减的问题。     

声发射与超声波同时敏感的光纤光栅传感网络研究

针对声场分布的特点和光纤光栅的轴向应变敏感性,提出一种同时进行声发射和超声测量的扇形光纤光栅传感网络。搭建了光纤光栅高速波长解调系统,实验研究了声发射、超声波单独作用和联合作用下传感网络的信号响应强度和时频特性。实验表明,该传感网络可进行声发射与超声信号的同时测量,并可检测到非线性超声现象;声场扩散角内轴向布置的光纤光栅声响应强度高,而横向布置的光纤光栅对声信号不敏感。     

基于声发射的阀门泄漏检测及标定方法的研究

基于阀门泄漏产生声发射信号的原理,建立了可用于测试阀门泄漏率低于0.1Pa.m3/s的微小泄漏状态的声发射检测系统,采用气泡法对阀门微小泄漏进行标定。针对声发射信号在检测中易受环境噪声干扰的问题,设计了信号调理电路来降低各种噪声,并编制了LabVIEW程序对采集的声发射信号进行分析和处理。以手动球阀为被测对象,在建立的系统上进行了大量泄漏检测实验,结果表明,该系统能快速方便地对阀门微小泄漏做出定性分析。     

环形腔全光纤F-P干涉仪的声发射检测实验研究

提出了一种新型结构的用于声发射检测的全光纤F-P干涉仪。选用2×2光纤耦合器,将耦合器的一个入射端与一个出射端焊接相连,以耦合器代替传统的反射腔面,构成光纤环形传输腔,腔体贴附或埋入待测固体中检测声发射信号。通过理论推导和计算机仿真,确定了此结构光纤传感器的检测特性。实验以大理石板作为待测介质,对利用信号发生器驱动PZT（压电陶瓷）作为已知超声源在大理石板中产生的连续型声发射信号,及冲击波作用下大理石板中产生的突发型声发射信号进行了检测,并利用Fourier变换,得到了声发射信号的特征频率。实验结果表明,此种结构传感器能够检测材料结构中促使光纤轴向伸缩长度的量级为10-8m的声发射信号并识别其特征频率,该结构光纤传感器无需光程的匹配,适用于大尺度构件的监测,为材料结构健康检测与监控提供了一种新的方法。     

基于声发射技术的滚动轴承故障检测

利用声发射传感器、PCI-2声发射数据采集卡和AEwin软件系统建立滚动轴承故障检测试验台,进行轴承故障诊断。利用能量分析法对采集的声发射(AE)信号进行初步故障诊断,对自相关处理后的声发射信号进行FFT变换得到频域信号,并采用模糊识别法中的"择近原则",通过建立隶属函数和贴近度函数来识别轴承的故障类型。     

基于小波变换的管道泄漏声发射检测信号处理

针对管道泄漏声发射检测信号中含有大量噪声导致定位精度低这一实际,研究了基于小波变换的声发射检测信号降噪技术,利用小波函数阀值降噪法对泄漏系统所采集的信号进行滤波处理,以保证采集到的瞬态信号有效性,并采用互相关分析法对泄漏点定位.10种工况下实验结果表明,采用小波变换对声发射检测信号处理处理后,管道的定位精度在5％之内,满足工程实际需要.     

基于声发射信号监测的高速准干切削试验研究

声发射信号可以及时地反映出高速切削加工过程中工件和刀具材料的内部缺陷变化和扩展情况.为了对其进行监测和分析,建立了一套基于虚拟仪器的信号采集系统,采集高速切削铝合金加工过程中的声发射信号.对采集到的声发射信号进行小波变换并重构后,发现铝合金切削过程中的声发射信号与切削速度密切相关.随着切削速度的增大,声发射也随着增大.     

结构声发射的数值模拟及实验研究

由于声发射源产生的瞬态弹性波会在传播过程中产生各种频率和模态的声发射信号,这给应用声发射技术进行无损检测带来一定困难。针对声发射信号在实际介质中传播的复杂性,为了研究弹性波的传播对波形的影响,提出了利用有限元方法模拟声发射信号在薄铝板的传播及几何形状边界反射过程,得到声发射波形的时域特征,进一步分析了声发射信号在铝板中的传播特性;搭建了与有限元模型相应的声发射断铅实验系统来采集断铅信号。试验及研究结果表明,利用声发射断铅实验系统获得的信号与有限元计算方法得到的模拟信号基本吻合,说明有限元数值计算方法可以作为分析声发射信号传播过程的一种手段;该结果为基于声发射的结构缺陷检测技术提供了数值模型,同时声发射技术用于无损检测也有了更精确的理论基础。     

基于LabVIEW的声发射采集分析系统研发北大核心CSCD

针对声发射技术应用于结构健康监测时面临的硬件系统及传感器价格昂贵、分析软件自行扩展困难、无法实现大规模数据采集与分析的问题,基于LabVIEW平台开发了声发射采集分析系统,实现了声发射信号的采集、存储与分析等功能。在一块铝板表面安装压电陶瓷传感器并进行了断铅试验,通过采集信号并计算得出了声发射特征参数,验证了采集系统的可行性。最后在铝板上进行了声发射源的定位实验研究,结果表明测定的声发射源位置与实际位置误差范围在5%之内,证明了开发的声发射分析系统的准确性。     

基于Sagnac的分布式光纤传感声学传感器（英文）

介绍了一种基于Sagnac的分布式光纤声学传感器。这种声学传感器通过光电探测器、数据采集卡、滤波器和音频放大将3×3耦合器处干涉的光信号转换为电信号且实现音频信号的还原。为了研究此分布式光纤声学传感器的性能,分析了基于零频点实验声源扰动定位的原理,并运用快速傅立叶变换将时域信号转化为频域信号显示声源扰动产生的零频点。实验结果表明,基于Sagnac的分布式光纤声学传感系统可以很好地实现声音信号的还原和定位。     

基于光纤光栅和支持向量机的声发射定位系统

利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统,结合小波分解与重构和支持向量机算法,对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验,探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上,使用近似系数和细节系数进行重构,并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征,进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型,实现了声发射区域定位识别。实验结果表明,在400mm×400mm×2mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别,在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位,正确率达到97.78%,声发射区域识别精度为30mm×30mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。     

钻削声发射信号高阶谱研究及应用

为解决批量钻削工序质量检测问题,采集各工步加工过程声发射监测信号,提出一种基于声发射信号高阶谱分析的批量钻削质量检测方法。基于统计意义上正常钻削过程声发射信号符合高斯分布的假说,对采集的信号进行小波包消噪后,计算批量钻削工步信号的双谱切片,描述信号偏离高斯分布的程度,并分析其与钻削加工工步质量的映射关系,实现钻削加工工步质量检测。实验及分析结果表明:基于声发射信号双谱切片提取的信号特征可有效辨别批量钻削工步中的质量不合格品。     

基于BP神经网络的金属裂纹声发射信号特征参数的提取

金属裂纹声发射信号特征提取是根据其进行故障诊断的关键,提出了BP神经网络和模式识别相结合的提取金属材料疲劳声发射信号特征的新方法,并利用美国PAC公司SAMOS声发射检测系统采集到声发射的各种参数,应用该方法选择出一些对分类识别最有效的特征参数;并采用可分离性判据进一步验证其正确性。     

RBPF在耐火材料声发射源信号恢复中的应用

耐火材料损伤模式识别的研究在工业生产中具有重要意义,然而在利用声发射仪器对耐火材料进行采集得到的声发射信号饱受环境噪声、声发射通道以及传感器特性的影响。为了恢复损伤源的实际声发射信号,提出了利用粒子滤波技术对采集的声发射信号进行滤波。首先在地震波模型的基础上,建立了声发射源信号的状态空间模型,然后再对确定信号的进行仿真实验,证明了粒子滤波的有效性。最后将粒子滤波用于实际声发射源信号恢复,取得了一定的效果,为后续声发射信号特征提取打下了良好基础。     

基于Sagnac的分布式光纤传感声学传感器

介绍了一种基于Sagnac的分布式光纤声学传感器. 这种声学传感器通过光电探测器、 数据采集卡、 滤波器和音频放大将3×3耦合器处干涉的光信号转换为电信号且实现音频信号的还原. 为了研究此分布式光纤声学传感器的性能, 分析了基于零频点实验声源扰动定位的原理, 并运用快速傅立叶变换将时域信号转化为频域信号显示声源扰动产生的零频点. 实验结果表明, 基于Sagnac的分布式光纤声学传感系统可以很好地实现声音信号的还原和定位.     

基于光纤光栅阵列和MVDR算法的声发射定位

基于光纤光栅(FBG)传感器网络构建了声发射检测系统,并提出了最小方差无失真响应(MVDR)的声发射源定位方法。构建的系统由7个FBG传感器组成传感器线阵列,采用未经平坦的放大自发辐射(ASE)光源边缘滤波实现信号解调。利用Shannon小波变换从频散复杂的声发射信号中提取窄带信号,并基于MVDR算法扫描整个监测区域获取空间谱。根据空间谱函数计算输出值,并将计算的输出值作为像素值。最后,通过提取空间谱中的最大值的坐标确定声发射源的位置。在LY12铝合金板上进行了实验验证。结果表明,该方法在400mm×400mm的区域内,声发射定位的最大误差为9.4mm,平均误差为7.2mm,耗时小于3s。该系统具有较高的实时性和定位精度,是一种声发射源定位的新方法。     

基于USB声卡的便携式耳声发射检测系统的研制

耳声发射是一种产生于耳蜗,经听骨链及鼓膜传导释放入外耳道的微弱音频能量,它提供了一种简便、快速、客观、无损地检测耳蜗功能的手段.为提高全功能耳声发射检测系统的便携性和减少噪声的干扰,开发了基于USB多媒体声卡的便携式耳声发射检测系统.结合前端硬件采集模块,在基于VC++ Studio 2005软件平台上,实现了对瞬态诱发耳声发射(TEOAE)和畸变产物耳声发射(DPOAE)信号的检测,并对系统进行了全面的定标校准和测试,实现了对OAE信号的全功能定量检测和分析.     

基于小波神经网络的FRP容器爆破声发射信号研究

对FRP复合材料容器进行水压爆破的力学性能实验,利用声发射检测技术,采集FRP复合材料容器在受压损伤和爆破过程中的声发射信号。将采集到的声发射信号进行小波包特征提取,得到的前8个频带的特征向量作为小波神经网络的输入样本。据得到的数据样本库数据来预测、验证复合材料容器的破坏过程。     

基于声发射信号的蜗轮磨损程度在线监测

为实现对蜗轮蜗杆减速器工作过程中蜗轮磨损程度的精确监测,利用多通道声发射检测仪器对不同磨损程度的蜗轮声发射信号进行在线采集。采用小波分析方法对信号进行去噪处理,提取声发射特征信号值,根据最小模糊熵优化模型构造出不同磨损程度蜗轮的模糊隶属度函数。采用ANFIS多维模糊神经网络实现多通道声发射信号的决策融合,提高了蜗轮磨损程度识别结果的准确性。通过对随机磨损程度的蜗轮进行实际验证,实验结果验证了系统的有效性和可靠性。