近日,来自美国海军研究实验室(NRL)光学科学部与材料科学部的研究人员合作,顺利地用于分布式对系统光纤激光声升空传感器检测出有了銲接搭接连接器中裂纹产生的声升空信号。利用光纤激光声升空传感器对銲接搭接连接器展开缺失检测:该图表明了左上方搭接连接器中铆钉之间裂缝的打消和生长现象。光纤激光传感器(闻右上方的插画)加装在检测结构上,测量由裂纹缺失所产生的声升空信号,涉及软件将其记录为声事件(AEevent)。
一个典型的数据记录如右右图右图。从图中可以找到,当缺失生长时,AEevent振幅将不会大大增加。图片来源:美国海军研究实验室。
“我们研究了一种现场结构身体健康监测(SHM)自动化系统,它能有效地监控结构的关键参数,例如温度、内应力、冲击以及裂纹缺失等;并且能在结构受损情况超过临界水平之前可信地将其检测出来,以减少结构安全性和信息反馈速度,同时减少海军平台的操作者成本”,来自光学科学部的物理学家GeoffreyCranch博士说:“目前,还没一个美国军种用于原位技术来管理设备结构身体健康”。为了构建这一目标,最关键的是必须一种需要几近动态检测出与裂纹等缺失的经常出现和快速增长涉及的声升空信号的传感器。并且,这类传感器必需比现有的大多数电子产品更加小、更加重、更容易操纵,敏感度非常或有所提高。最后目的就是要使得这些组件的系统占用空间小,且可靠性低。
由美国海军研究办公室(ONR)材料科学部获取部分研究资金,NRL正在研制一种激光传感器,它的宽度大约为人类头发丝那样的宽度。在测试过程中,研究人员在一组铝銲接件中加装了分布式的对系统光纤激光声升空传感器,并测量了两个小时加快疲惫试验中产生的一个0.5MHz比特率的声升空信号,同时利用一个等同于的电传感器展开测量。这种嵌入式的传感器可以用作解决问题銲接件周期性“微动磨损”的声事件以及检测来自裂纹的声升空信息。
对搭接处的延时光学,将可以使观测到的脱落与测量的信号之间创建起关联。除了裂纹检测,这种光纤激光传感器还需要有效地检测冲击伤害影响,此外,该传感器还具备需要与现有光纤突发事件和温度传感系统展开构建的潜力。这为符合现场结构身体健康监测体系的操作者安全性拒绝获取了一种多参数传感能力,值得一提的是,这还将贞着减少整体的成本费用。
“我们的研究团队早已证明了这种光纤激光传感技术需要在仿真疲惫环境中检测到裂纹产生的超声波声升空信号的能力”,Cranch说:“这项研究的精致之处主要在于光纤激光传感技术以及它的应用于方式等”。从裂纹等缺失中产生的声信号还可以通过使用压电式传感器展开测量,并且这项技术还增进了现有的故障预测工作。
然而,压电传感技术由于其设备体积较小且分布式监测能力受限,因此在许多方面中并不具备过于大的实用性。Cranch特别强调这项技术将有可能应用于在除军事领域以外的许多方面。“我们的研究及应用于重点是海军等国防方面,例如飞机、舰船和潜艇等。
如果一些桥梁或者建筑物结构中所含易受疲惫和过热影响的关键部件,那么该技术某种程度可以用作对这些结构展开倒数监测”。目前,还没其它的本征型光纤传感器需要与光纤激光声升空传感器在实验室中测试所超过的性能相匹敌。与一些现有的电传感觉技术比起,光纤激光传感器早已被证明具备非常的甚至更高的声升空信号敏感性。
该系统早已可以将多个光纤激光传感器构建到一束光纤中。目前,该研究小组正在展开的工作主要为解读并说明这些声升空数据以计算出来出有一些简单的指标参数(例如故障几率等)。
未来的改良方向则主要集中于在构建相控阵波束构成技术,以有效地确认裂纹等缺失的具体位置方面。
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