π相移光纤光栅水听器的超声波传感指向特性

π相移光纤光栅因具有较短的有效光栅传感长度,近年来成为了超声传感领域的研究热点.本研究旨在探究π相移光纤光栅作为水听器应用时对超声波的指向性特性.选取π相移光纤光栅作为超声传感单元,先基于分层介质的声传播理论计算出水中超声波入射时光纤纤芯的应变,再运用基于光学耦合模方程的传递矩阵法计算反射光谱得到光波长偏移.将角度-频率空间分为三个区域,计算了声波频率在1—10 MHz时不同角度下的应变结果和光波长偏移响应特性,并开展了实验研究.结果表明,理论和实验结果具有较高的一致性,π相移光纤光栅在超声波垂直光纤入射时响应最大,随声波入射方向与光纤法向间夹角的增加,π相移光纤光栅的声响应先急剧下降,后在水中直达声波和光纤中导波叠加时出现极大值.此外,π相移光纤光栅的声响应随声波频率增加而降低.本研究对π相移光纤光栅在超声传感中的实际应用具有重要意义.     

金属材料疲劳损伤检测的非线性声学方法*

金属材料的疲劳损伤有前期、后期两个阶段,前期疲劳损伤主要来源于位错,而随着疲劳程度的不断加深,位错密度也不断的增加,这将导致疲劳后期微裂纹的产生。这两个阶段产生声学非线性效应的机理不同,分别用位错模型、微裂纹模型对其产生非线性效应的机理进行了阐述,并对不同阶段的疲劳试样进行了相关实验研究。实验结果表明:对于材料早期疲劳损伤,随着疲劳程度的增加,其接收声波信号中的非线性谐波成分越来越显著,并且随着激励电压的增加,非线性效应更加明显,因此可用接收信号中的谐波激发情况来评估材料的早期疲劳损伤程度。而对于材料疲劳后期出现微裂纹后,其产生的非线性与早期疲劳损伤相比,谐波成分更加丰富,并且随激励电压的增加谐波幅度增加明显,可据此来判断材料中的疲劳损伤阶段。