基于压电纤维传感器Lamb波方向检测的裂纹识别方法

利用压电纤维传感器较强的Lamb波方向检测能力,结合层析成像方法的基本原理,分析不同入射波方向下裂纹散射场信号差异系数CSD变化规律,提出一种基于压电片和压电纤维传感器阵列的裂纹识别方法;针对裂纹散射信号存在的频散、噪声和波包混叠现象,利用汉宁窗调制的5周正弦激励波函数构建非频散和频散字典库,提出改进的双重匹配追踪算法进行微弱散射信号分解。研究结果表明:本文提出的裂纹识别方法准确有效,裂纹定位结果精度较高;研究成果能够为压电纤维传感器应用于工程实际结构裂纹检测提供传感阵列布局方案和无需波速的识别方法。

基于压电纤维传感器的Lamb波传播方向识别

利用压电纤维对Lamb波传感的良好方向性,将3根压电纤维按0°,45°和90°布置并固化在聚合物基体中,制成压电纤维传感器用于检测Lamb波传播方向。理论推导了窄带激励下压电纤维对Lamb波的方向传感响应特性,通过压电耦合仿真分析和实验测试研究了不同频率下压电纤维的方向传感特性,提出了一种基于误差函数的主应变方向估计方法,分析对比了直角三角形(0°,45°,90°)、Y形(0°,120°,240°)和等边三角形(0°,60°,120°)3种压电纤维布置方案下主应变方向识别结果。研究结果表明,压电纤维传感器具有良好的Lamb波传播方向检测性能,可为无需Lamb波波速的缺陷识别方法提供传感技术支持。

压电纤维布置结构对Lamb波方向识别的影响研究

由于压电纤维对Lamb波具有良好的方向传感特性,采用类似"应变花"的压电纤维传感器能够实现Lamb波方向检测。针对常见的45°直角形、135°直角形、60°三角形和120°三角形等4种结构形式,开展理论、仿真和实验研究不同压电纤维传感器布置结构对Lamb波方向识别精度的影响。根据压电方程和Lamb波传播衰减特性,理论推导了窄带激励下压电纤维对A0模式Lamb波的传感响应方程,定义基于3根压电纤维响应幅值的误差函数来估计Lamb波方向;利用ANSYS软件开展压电耦合仿真分析获得不同压电纤维传感器的响应信号,并开展了相应的实验测试,采用匹配追踪算法进行信号分解并提取其响应幅值;根据误差函数和响应信号对Lamb波方向进行识别,对比并讨论了仿真和实验误差产生的原因。分析结果表明:4种压电纤维布置结构的识别误差取决于压电纤维长度与布置角度、激励频率、实验压电纤维的粘接等情况;从总体误差大小来看,135°直角形结构方案最优,误差小于4%;60°三角形略优于45°直角形结构,误差小于8%;由于120°三角形结构整体尺寸较大,其识别误差最大,这将为压电纤维传感器结构设计提供了一定的理论依据。

Advanced Fiber-Optic Acoustic Sensors

Acoustic sensing is nowadays a very demanding field which plays an important role in modern society, with applications spanning from structural health monitoring to medical imaging. Fiber-optics can bring many advantages to this field, and fiber-optic acoustic sensors show already performance levels capable of competing with the standard sensors based on piezoelectric transducers. This review presents the recent advances in the field of fiber-optic dynamic strain sensing, particularly for acoustic detection. Three dominant technologies are identified - fiber Bragg gratings, interferometric Mach-Zehnder, and Fabry-Perot configurations - and their recent developments are summarized.