Page 103 - 无损检测2021年第十二期

仪器研制

DOI : 10.11973 / ws j c202112013

一种新型低温光纤环声发射传感技术

陈 博 , 刘哲军 , 金 珂 , 卢 鹉 , 徐 林 , 魏 鹏 2
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( 1. 航天材料及工艺研究所, 北京 100076 ; 2. 北京航空航天大学 光学工程学院, 北京 100076 )

摘 要: 为解决当前低温声发射检测技术无法对声发射信号进行时差定位的问题, 介绍了一
种光纤环声发射检测技术。通过理论分析初步构建了光纤环声发射传感器的理论模型, 基于光纤
马赫 - 曾德干涉原理搭建了四通道光纤环声发射传感器样机, 开展了低温钛合金气瓶液氮环境下的
平面定位和声发射检测灵敏度初步测试。试验结果表明, 研制的光纤环声发射传感器能够在低温
环境下直接耦合气瓶进行声发射信号采集与定位, 信号采集灵敏度不低于90dB , 四通道平面定位

偏差最大不超过最大传感器间距的8% , 为后续光纤环声发射检测技术的工程化应用奠定了一定
基础。

关键词: 光纤环; 低温; 声发射; 信号定位

中图分类号: TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 12-0061-05

Anewacousticemissionsensin g technolo gy offiber-o p ticalrin g usin g inlowtem p erature

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CHENBo , LIUZhe j un , JINKe , LU Wu , XULin , WEIPen g 2

( 1.Aeros p aceResearchInstituteofMaterials&Processin gTechnolo gy , Bei j in g 100076 , China

2.SchoolofO p ticalEn g ineerin g , Beihan gUniversit y , Bei j in g 100076 , China )

Abstract : To overcomethedifficult yin si g nallocalization ofacousticemission ( AE ) detectioninlow

tem p erature , thetechnolo gy offiber-o p ticrin g ( FOR ) AEwasintroducedinthisarticle.Thetheoreticalmodelof

FORAEsensorwasbuiltb y theoreticalanal y sis.Thefour-channelFORAEe q ui p mentwasbuiltbaseonthetheor y

ofMach-Zehnderinterference.The p erformanceoftheFORAEe q ui p mentinlowtem p eraturewasanal y zedthou g ht

theAEtestsoft yp icaltitaniumc y linderinlowtem p erature.TheresultsdemonstratethattheFORsensorcanbe

directl y cou p ledonthec y linderinlowtem p eratureforAEdetection , theavera g esi g nalam p litudecanreach90dB ;

TheAEsi g nalscanbelocatedb yusin gfour-channelFOR AEe q ui p ment , thesi g nallocationdeviationwillnot

exceed8% ofthemaximumsensors p acin g .Thiswillla yacertainfoundationforthea pp licationofFOR AE

detectioninen g ineerin g .

Ke ywords : fiber-o p ticrin g ; lowtem p erature ; acousticemission ; si g nallocation
随着计算机技术的飞速发展, 基于数字化的 压电式传感器的工作原理为, 内部压电晶体元
声发射检测技术也越来越成熟, 并广泛应用于航 件( 压电陶瓷) 在应力波作用下产生变形时, 会在其
空、 航天、 船舶、 机械、 化工等工业领域。声发射传 相对变形的两个对称表面产生电性相反数量一致的
感器是实现声发射信号采集的关键部件, 声发射 正负电荷, 从而将声发射机械波引起的表面振动转
传感器种类繁多, 工程化应用中常见的是压电式 换成电压振荡声发射信号并输出 [ 1 ] 。受居里效应影
声发射传感器。 响, 普通压电陶瓷传感器的工作温度区间一般为

-65~177℃ 。一些经过特殊处理的压电陶瓷传感

[ 2 ] , 但随着
器的工作温度虽然可以到-200~540℃
收稿日期: 2021-06-28
温度降低或升高, 压电陶瓷传感器的灵敏度、 可重复
作者简介: 陈 博( 1992- ), 男, 硕士, 工程师, 主要从事涡流及
声发射无损检测技术的研究工作 使用频次均会大大降低。以低温环境为例, 据测算,
在液氮环境中( -198 ℃ ), 压电晶片的电荷输出与

通信作者: 陈 博, j ames _ bo@126.com
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2021年 第43卷 第12期
无损检测