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閱讀：79發(fā)布時間：2023-5-28
美國研究實(shí)驗(yàn)室(NRL)的一位光學(xué)部的研究物理學(xué)家Geoffrey Cranch博士稱，目前沒有一個美種在使用原位技術(shù)來管理其設(shè)備的結(jié)構(gòu)健康。他稱：“一個自動的、原位結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)系統(tǒng)能夠監(jiān)測關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)，如溫度、應(yīng)變、沖擊和裂紋，能夠在損壞達(dá)到嚴(yán)重等級之前可靠地檢測損壞。”為此，需要那些可以近實(shí)時地檢測與裂紋出現(xiàn)和增長相關(guān)的聲發(fā)射信號的傳感器。這類傳感器必須比現(xiàn)有的電子產(chǎn)品更小更輕，敏感度相當(dāng)或有所提高，體積更小。
由美國研究材料科學(xué)部提供部分投資，NRL正在研制一種激光傳感器，寬度約為頭發(fā)絲寬。在測試過程中，研究人員在一組鋁鉚接件中安裝了分布式的反饋光纖激光聲發(fā)射傳感器，并測量兩個小時加速疲勞試驗(yàn)中產(chǎn)生的一個0.5MHz帶寬的聲發(fā)射信號，同時利用一個等同的電傳感器進(jìn)行測量。
嵌入式傳感器用于解決鉚接件定期“表面磨損”的聲事件以及來自裂紋信息的聲發(fā)射。對搭接處的延時成像，將可以使觀測到的斷裂與測量的信號建立起關(guān)聯(lián)。
除了裂紋檢測外，光纖激光傳感器還證明了能夠測量損害影響，并有潛力能夠與現(xiàn)有光纖應(yīng)變和溫度傳感系統(tǒng)進(jìn)行集成。這為滿足SHM系統(tǒng)的安全性要求提供了一種多參數(shù)傳感能力，并能夠顯著降低總擁有費(fèi)用。
“我們研究團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了該光纖激光技術(shù)能夠在模擬的疲勞環(huán)境中檢測來自裂紋的超聲波聲發(fā)射，這項(xiàng)工作的新的部分是光纖激光技術(shù)以及它如何應(yīng)用。”
來自裂紋的聲信號還可以使用壓電傳感器進(jìn)行測量，該技術(shù)已經(jīng)驅(qū)動了現(xiàn)有的失效預(yù)測工作。但是，Cranch稱壓電技術(shù)由于其幾何尺寸大以及多路能力有線，在許多應(yīng)用中不具有實(shí)用性。
Cranch相信該技術(shù)在軍事之外的領(lǐng)域也具有較大潛力，他稱重點(diǎn)是平臺，如飛機(jī)、艦船和潛艇，但該技術(shù)還可以用在民用飛機(jī)以及橋梁和建筑上。
目前，沒有其他的光纖傳感器能夠匹敵光纖激光聲發(fā)射傳感器在實(shí)驗(yàn)室中達(dá)到的性能。光纖激光傳感器已經(jīng)證實(shí)了與現(xiàn)有電傳感器的聲敏感性相當(dāng)、甚至更高。該系統(tǒng)已經(jīng)可以將多個光纖激光傳感器集成到一束光纖中。目前的工作正在解釋聲發(fā)射數(shù)據(jù)，以計(jì)算失效概率等有用的指標(biāo)。
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