单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究[1]第22卷第3期..传感技术学报..V01．22No．32009年3月CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSMar．2009SingleModeFiber-OpticCouplingAcousticEmissionVibrationSensorandApplication激ANGQi。MABin。LJShu—cai。LJShu—chenSchooolofControlScienceandEngineeeringShandongUniversity，激nan250061，..SchooolofcivilEngineeeringShandongUniversity．激nan250061，ChinaAbstract：Acousticemissioncanresultinvibrationphysicalphenomenon．Anewkindofcouplingfiber-op～..ticvibrationsensorisputforwardandusedtodetectacousticsigna1．AccordingtotherelationthattheCOU～..plrScuplngrtoieiiethelnghhaeadirtorqey，aoutcvbainsnsore’oiaissnstvotetcngnvbainfeunccsiirtoebaeptclfbrtpeouesal政法asgndiealeeeintssefcniersdonoiaieadcplrinayenddeiendti．Thxprmeytmoatlvevirtonedltosstpeolcrcsnonoplnie—piirtoesraeprbainaddmouainieu．Pizeetiesradcuigfbrotcvbainsnora—..alllellaidonthecantileverandtestedcomparably．ImpulsiveSignalsandPeriodicSignalsareinitiatedandrepnefetvleolcrcsnonculnie—ptcvbainsno．ThxeinasoddefcieybyPizeetiesradopigfbroiirtoesreeprmetlreulsswtahenveoplncuticvbatitcfbrsnooudmetterqurmeisthohttolcuigaos／ironopiieesrcleheientofv～..brationmeasurementandhashighsensitivity．Throughthetestofrockfailureacoustic，singlemodeopticfieopigvbainsnosfrhridiaefetvnrciatoeetncutcv～brculnirtoesriutenctdaefcieadpatclmehdofdtcigaosiibrto．Theutppoetahesriodqaiy，hgniitreealtaytarct，ainerslsarvhttesnosgoultihat—nefrbiiy，esofbiaeconvenienttouseandhaslargeapplicationmarkets．..Keywodsaotcesiigldefbrirtonsnorcpigrto；rkr：cusimison；snemoie；vbaies；oulnaiocEEACC：7230E；7820眦、、-，单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究*蒋奇，马宾，李术才，李树忱..(1．山东大学控制科学与工程学院．济南..2500061；2．山东大学岩土与结构工程研究中心，济南..2500061)摘要：根据声发射引起的扰动振动现象，提出采用单模光纤耦合器检测振动的声发射探测技术。单模光纤耦合传感器耦合输出与传感器耦合区长度和振动频率有确定的函数关系．分析和设计了熔锥耦合型单模光纤声发射振动传感器，搭建了相应的等强度悬臂梁振动监测及解调系统，通过与当前使用的压电振动传感器的室内实验，对比测试冲击信号和周期信号，验证了该传感器能有效实现振动扰动的检测。结合岩石试件破裂实验，进～步验证光纤耦合声发射振动传感器是能实现岩石声发射检测的一种新的检测技术方法。光纤耦合振动传感器以其灵敏度高，制作简单，抗干扰能力强，性价比高，使用简单等优点在其他光纤传感器和传统的电类传感器中，具有不可比拟的应用前景。关键词：声发射；单模光纤；振动传感器；耦合；岩石：TP253；TP212．13文献标识码：A：l0004—1699(2OO9)O3一O34O-O5声发射是材料中局域源快速释放能量产生瞬态弹性波的一种现象，有时也称为应力波发射。材料在应力作用下直接产生变形与裂纹扩展，以致引起结构失效，这是一种直接声发射源；另一种是与变形和断裂机制无直接关系的弹性波源，如流体泄漏、摩擦、撞击、燃烧等，常被称为间接或二次声发射源。声发射是一种常见现象，其信号的频率范围很宽，从几Hz的次声频，2OHz~20kHz的声频到数MHz的超声频；幅度变基金项目：国家自然基金仪器专项资助(50727904)；教育部博士点基金资助(2000704222105)；山东省自然科学基金资助(Q20007F06)收稿日期：20008—09—30修改13期：2008一l1一O4第3期蒋奇，马宾等：单模光纤耦合声发射传感器及其应用研究..341化也很大，从..10。的微观位错运动到..1rn量级的地震波等。近些年来，根据特殊场合声发射引起扰动、振动检测的需要，结合光纤传感技术的特点，国内外研究人员设计了多种多样的用于声发射检测的光纤传感器，如基于各种光纤干涉仪的振动传感器，偏振态调制型的光纤声传感器，基于光偏转法原理的传感...