[發明專利]一種光纖聲發射傳感器陣列裝置及機械裂紋演化監測技術

有效

• 申請號: 201711464914.3
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108195940B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 丁克勤;趙娜;胡亞男
• 申請（專利權）人: 中國特種設備檢測研究院;北京中檢希望科技有限公司
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/04
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理事務所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

一種機械結構疲勞裂紋演化實時監測的光纖聲發射傳感系統，包括光纖聲發射傳感器陣列、光纖聲發射預處理子系統、光纖聲發射傳輸子系統和光纖聲發射監測軟件子系統。該系統為開展機械結構的疲勞裂紋演化監測提供新的技術方法和手段，對于保障機械結構的安全可靠運行有重要的技術支持作用。還公開了一種光纖聲發射傳感系統的機械結構疲勞裂紋演化監測的方法。

技術領域

本發明涉及一種光纖聲發射傳感器陣列，用于實時監測機械結構疲勞裂紋演化。本發明還涉及一種包含上述光纖聲發射傳感器陣列的光纖聲發射傳感系統和基于光纖聲發射傳感系統的機械結構疲勞裂紋演化監測技術。

背景技術

機械結構在服役過程中受應力或應變的長期反復作用容易產生疲勞裂紋，其表現形式首先為金屬材料微觀組織結構和彈塑性的變化，然后是微裂紋的萌生，最后裂紋擴展直至產生可見裂紋，進而引起結構突然失效，嚴重時會導致裝備損毀，帶來人員傷亡等重大安全事故。

工程中常規的無損檢測方法，諸如：滲透檢測、磁粉檢測、射線檢測、超聲波檢測、渦流檢測、聲發射檢測等均可用于金屬結構疲勞裂紋的檢測和定位，但這些檢測方法也均有其獨特的應用領域和局限性。例如，磁粉檢測受磁粉粒度的限制，只能檢測具有一定開口寬度的表面裂紋；渦流檢測方法只能檢測表面和近表面裂紋，對深埋裂紋不敏感；X射線檢測對象通常是體積型的損傷；超聲回波檢測需對結構進行掃查，檢測效率低，且在檢測閉合裂紋時可靠性不高。此外，上述檢測方法實施過程中大多要求提前釋放掉待測部件的外加載荷，影響裝備的正常運轉；在線實時監測困難，不利于突發事件后迅速查明結構狀態。

聲發射(Acoustic Emission，簡稱AE)又稱為應力波發射，是材料受外力或內力作用產生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應力應變能的現象，大多數材料變形和斷裂時都有聲發射發生。產生聲發射的宏觀機制主要是物體的塑性變形、裂紋的形成和擴展、斷裂等，而這也是機械結構產生損傷的主要表現形式。聲發射檢測相對于其它無損檢測技術而言,探測的能量來自被測物體本身，而不是像超聲波檢測或射線檢測那樣由無損檢測儀提供。同時聲發射檢測對活性缺陷(如疲勞裂紋演化)比較敏感，它能探測到結構在外加載荷作用下這些缺陷的活動情況。

盡管聲發射技術有很多優勢，但也有其應用局限性，受傳輸電纜固有的物理特性影響，聲發射信號傳輸距離短，該技術一般用于檢測，無法對機械結構進行長時間監測，不能對機械結構的健康狀況做到實時、全面的掌握，也不能做到跟蹤機械結構的疲勞裂紋演化并進行預警。

發明內容

為了克服上述缺陷，本發明將聲發射技術和光纖傳輸技術進行集成創新，提出光纖聲發射傳感技術，并開發機械結構疲勞裂紋演化實時監測的光纖聲發射傳感系統。該系統為開展機械結構的疲勞裂紋演化監測提供新的技術方法和手段，對于保障機械結構的安全可靠運行有重要的技術支持作用。

本發明提供一種機械結構疲勞裂紋演化實時監測的光纖聲發射傳感系統，包括光纖聲發射傳感器陣列、光纖聲發射預處理子系統、光纖聲發射傳輸子系統和光纖聲發射監測軟件子系統等，可實現機械結構疲勞裂紋演化的實時監測，為保障機械結構的安全可靠運行提供技術支持。

一種機械結構疲勞裂紋演化實時監測的光纖聲發射傳感系統，包括光纖聲發射傳感器陣列、光纖聲發射預處理子系統、光纖聲發射傳輸子系統和光纖聲發射監測軟件子系統，光纖聲發射傳輸子系統采用光纖傳輸。

進一步的，所述的光纖聲發射傳感器陣列，為一種光纖聲發射傳感器陣列裝置，包括聲發射傳感節點和導軌裝置，其中聲發射傳感節點包括聲發射傳感器和傳感器固定裝置；所述聲發射傳感器是壓電聲發射傳感器。

進一步的，所述光纖聲發射預處理子系統包括光纖聲發射數據采集模塊和光纖聲發射數據轉換模塊。

進一步的，所述光纖聲發射傳輸子系統由電光/光電轉換模塊、光纖傳輸模塊等部分組成，電光/光電轉換模塊由RJ45接口和隔離變壓器、光電介質電路、光收發電路、電源和配置四部分組成。