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光纤声发射传感系统研究及应用

作　者: 马良柱
导　师: 曹叶文；刘统玉
学　校: 山东大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 光纤传感器声发射光纤耦合器半导体激光器局部放电
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

声发射(Acoustic Emission)就是材料中局部快速释放能量产生瞬态弹性波的现象,有时也称为应力波发射。用仪器检测、分析声发射信号和利用声发射信号推断声发射源的技术称为声发射技术,随着计算机和信号处理技术的迅速发展,声发射技术己日趋成熟,声发射技术应用范围己覆盖航空航天、石油化工、铁路、汽车、建筑、电力等几乎国民经济的所有领域。声发射检测是一种对构件或材料的内部结构的缺陷或潜在缺陷处在运动变化的过程中进行的无损检测,根据声发射检测到的电信号来解释结构内部的缺陷变化往往比较复杂,需要丰富的知识和其他试验手段的配合。另一方面,声发射检测环境经常有强的噪声干扰,虽然声发射技术中己有多种排除噪声的方法,但在某些情况下还会使声发射技术的应用受到限制。传统的压电陶瓷类超声传感器受电磁干扰比较严重,在强电场环境下其有效性受到很大制约。因此对于基于光纤的声发射检测技术的研究具有非常重要的意义。在过去的十几年里,人们对许多光纤声发射传感的机理进行了探索。本论文分析了多种实现光纤声发射检测的设计方法,围绕基于熔融拉锥光纤过度耦合器的声发射传感系统,详细介绍了整个系统各个组成部分的构成、原理,研究了光源类型、功率、传感器封装形式、解调方案与声发射响应之间的关系。最后,对整个光纤声发射检测系统进行了实验室试验和应用于电力变压器局部放电的现场试验。本论文的创新之处在于结合光纤传感技术,研制了新型结构的光纤声发射检测系统,在实现小型化、宽频带工作的同时,兼顾了电磁干扰、本质安全的安全指标,对实现工业上可应用的声发射检测具有指导意义。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章绪论  11-15
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 研究的目的和意义  12-13
  1.3 课题主要研究内容  13-15
第二章光纤声发射传感系统原理  15-25
  2.1 光纤传感器的组成、原理、特点  15-19
    2.1.1 光纤的结构  15
    2.1.2 光纤传感技术  15-16
    2.1.3 光纤传感器的组成和原理  16-17
    2.1.4 光纤传感技术在工业上的应用  17-19
  2.2 熔融拉锥型光纤耦合器用作声发射传感器  19-24
    2.2.1 熔融拉锥型光纤耦合器结构特点  19
    2.2.2 熔融拉锥型光纤耦合器工作原理  19-21
    2.2.3 熔融拉锥型过度光纤耦合器结构特点  21-22
    2.2.4 过度耦合光纤耦合器对声发射/振动的响应  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第三章熔融拉锥型光纤耦合器的制备  25-31
  3.1 光纤耦合器原理  25
  3.2 光纤耦合器的性能参数  25-26
  3.3 光纤耦合器的制备方法  26-27
  3.4 熔融拉锥光纤耦合器的制备  27-29
    3.4.1 制作设备与设施  27-29
    3.4.2 耦合器制作工艺  29
  3.5 光纤熔融拉锥过度耦合器  29-30
  3.6 本章小结  30-31
第四章光纤声发射传感系统  31-61
  4.1 系统组成  31
  4.2 光源驱动电路  31-42
    4.2.1 浪涌电流的消除  32-33
    4.2.2 LD温度控制电路设计  33-39
    4.2.3 LD恒流电路的设计  39-42
  4.3 光电转换及信号处理  42-46
    4.3.1 电源供电  42
    4.3.2 光电转换  42-46
      4.3.2.1 光电探测器的介绍和选型  42-44
      4.3.2.2 光伏探测器的工作模式  44-45
      4.3.2.3 前置放大和二级放大电路的设计  45-46
      4.3.2.4 互阻放大电路  46
  4.4 有源滤波电路及抗干扰措施  46-50
  4.5 用1550宽带SLED(超辐射发光二极管)光源实现的检测系统  50-55
  4.6 用1550窄带DFB(分布反馈)光源实现的检测系统  55-57
  4.7 光纤声发射检测系统的标定  57-60
    4.7.1 压电陶瓷片声源试验  57-59
    4.7.2 光纤声发射检测系统与电子式应变仪的比较  59-60
  4.8 本章小结  60-61
第五章光纤声发射传感系统用于变压器局部放电监测  61-70
  5.1 小型自耦式高压发生器局部放电定性模拟实验  61-62
  5.2 120kV工频高电压试验变压器局部放电定量实验  62-69
    5.2.1 YDTW-10kVA/120kV工频高电压成套装置  63-64
    5.2.2 YDTW-10kVA/120kV工频高电压成套装置实验步骤  64
    5.2.3 光纤声发射检测系统的局部放电定量实验  64-69
  5.3 本章小结  69-70
第六章结束语  70-74
  6.1 光电探测器与前置放大电路的接口方式  70-71
  6.2 声发射探头的单端改造  71-72
  6.3 变压器内部局部放电的定位  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
攻读学位期间发表的学术论文目录  79-80
附录  80

光纤声发射传感系统研究及应用

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