，如图3(a)所示，数据处理装置 处理后的信号几乎无调制边频出现；若铝合金板结构出现损伤，如图3(b)所示，即使是微 裂纹损伤，数据处理装置处理后的信号会出现强烈非线性，即数据处理装置处理后的信号 有调制边频出现。因此，可根据数据处理装置处理后的信号是否出现调制边频来实现结构 微裂纹损伤检测。其中，数据处理装置处理后的信号的调制边频是通过傅里叶变换得到。 [0045] 由于光纤光栅传感器对高频超声激励信号响应的灵敏度方程为：
[0047] 其中，Sx表示高频超声激励信号光纤光栅响应灵敏度，X 3表示高频超声激励信号 波长，L表示光栅长度，XB表示光栅波长，e表示高频超声激励信号应变幅值，△ X 4表示 高频超声激励信号作用下光栅波长变化；则光纤光栅传感器的栅区长度选择为1mm，中心 波长为1530. 240nm处，在不带平坦滤波器ASE光源的左侧边缘上，这样保证待测铝合金板 响应非线性信号的高分辨率解调。
[0048] ASE光源光谱如图2所示，其中，所述ASE光源为不带平坦滤波器ASE光源。所述 ASE光源的光强为20MW，在1532nm处形成两侧功率变化的边缘，且带宽均大于5nm，边缘斜 率为ldB/nm，为光纤光栅传感器的高灵敏度边缘滤波功率化解调提供了条件。
[0049] 光电探测器接收的信号频率范围为20kHz~2MHz。
[0050] 数据处理装置接收的信号频率范围也为20kHz~2MHz。
[0051] 图2表明ASE光源有4个近似单调区间，在这4个单调区间内，光谱功率变化与波 长变化近似呈线性关系，并且ASE光源的温度和长期稳定性较高。因此，若光纤光栅传感器 工作在ASE光源的某一单调区间内，则当光纤光栅探测到外界信号发生波长变化时，光电 探测器获取的光功率将发生变化，通过检测光功率的变化就可实现结构响应非线性信号的 高精度解调。
[0052] 本发明的铝合金结构的微损伤检测系统的检测方法，包括：
[0053] 步骤（1):信号发生器同步产生两个连续正弦信号，分别为第一正弦信号和第二 正弦信号；
[0054] 步骤（2):第一正弦信号经功率放大器放大后输入至低频振荡器中，产生低频振 动激励；第二正弦信号输入至高频振荡器中，产生高频超声激励；
[0055] 步骤（3):低频振动激励和高频超声激励混合产生非线性响应信号传输至光纤光 栅传感器，从光纤光栅传感器输出的非线性响应信号进入光纤耦合器；
[0056] 步骤（4) :ASE光源发出的光信号通过光纤耦合器送至光纤光栅传感器，从光纤光 栅传感器反射的光信号再次进入光纤耦合器；
[0057] 步骤（5):从光纤耦合器输出的反射的光信号以及低频振动激励和高频超声激励 混合产生非线性响应信号均传输至光电探测器，光电探测器将接收到的信号转换为电压信 号；
[0058] 步骤（6):光电探测器转换的电压信号传送至数据处理装置进行傅里叶变换；
[0059] 步骤（7):判断傅里叶变换后的信号是否出现调制边频，若出现调制边频，则待测 铝合金板有微损伤；若无调制边频出现，则待测铝合金板不存在损伤。
[0060] 上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，包括： 信号发生器，其同步产生两个连续正弦信号，分别为第一正弦信号和第二正弦信号； 分别设置于待测铝合金结构的上表面的低频振荡器、高频振荡器和光纤光栅传感器； 所述第一正弦信号经功率放大器放大后输入至低频振荡器，产生低频振动激励；所述第二 正弦信号输入至高频振荡器，产生高频超声激励；低频振动激励和高频超声激励混合产生 非线性响应信号传输至光纤光栅传感器； 光纤耦合器和ASE光源，所述ASE光源产生的光信号通过光纤耦合器送至光纤光栅传 感器；经光纤光栅传感器反射的光信号与光纤光栅传感器接收的所述非线性响应信号均通 过光纤耦合器传送至光电探测器； 光电探测器和数据处理装置，所述光电探测器将接收到的信号转换为电压信号后，再 传送至数据处理装置进行傅里叶变换，通过判断傅里叶变换后的信号是否出现调制边频来 实现铝合金板微裂纹损伤检测。2. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述低频振 荡器为叠层式压电片。3. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述高频振 荡器为超声激励压电片。4. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述数据处 理装置，包括信号放大模块和微处理器，所述信号放大模块用于放大所述光电探测器转换 的电压信号，并将放大后的电信号传送至微处理器进行傅里叶变换。5. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述ASE光源 为不带平坦滤波器ASE光源。6. 如权利要求5所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述ASE光 源的光强为20MW，在波长为1532nm处形成功率变化的边缘，且带宽均大于5nm，边缘斜率为 ldB/nm〇7. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，所述光纤光 栅传感器的栅区长度设置为1mm，中心波长为1530. 240nm处。8. 如权利要求1所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，光电探测器 接收的信号频率范围为20kHz~2MHz。9. 如权利要求8所述的一种铝合金结构的微损伤检测系统，其特征在于，数据处理装 置接收的信号频率范围也为20kHz~2MHz。10. -种如权利要求1所述的铝合金结构的微损伤检测系统的检测方法，其特征在于， 包括： 步骤（1):信号发生器同步产生两个连续正弦信号，分别为第一正弦信号和第二正弦 信号； 步骤（2):第一正弦信号经功率放大器放大后输入至低频振荡器中，产生低频振动激 励；第二正弦信号输入至高频振荡器中，产生高频超声激励； 步骤（3):低频振动激励和高频超声激励混合产生非线性响应信号传输至光纤光栅传 感器，从光纤光栅传感器输出的非线性响应信号进入光纤耦合器； 步骤（4) :ASE光源发出的光信号通过光纤耦合器送至光纤光栅传感器，从光纤光栅传 感器反射的光信号再次进入光纤耦合器； 步骤（5):从光纤耦合器输出的反射的光信号以及低频振动激励和高频超声激励混合 产生非线性响应信号均传输至光电探测器，光电探测器将接收到的信号转换为电压信号； 步骤（6):光电探测器转换的电压信号传送至数据处理装置进行傅里叶变换； 步骤（7):判断傅里叶变换后的信号是否出现调制边频，若出现调制边频，则待测铝合 金板有微损伤；若无调制边频出现，则待测铝合金板不存在损伤。
【专利摘要】本发明公开了一种铝合金结构的微损伤检测系统及其方法，该系统包括同步产生两个连续第一正弦信号和第二正弦信号的信号发生器；分别设置于待测铝合金结构的上表面的低频振荡器、高频振荡器和光纤光栅传感器；第一正弦信号经功率放大器放大后传至低频振荡器产生低频振动激励；第二正弦信号传至高频振荡器产生高频超声激励；低频振动激励和高频超声激励混合产生非线性响应信号传至光纤光栅传感器；ASE光源产生的光信号送至光纤光栅传感器后反射的光信号与非线性响应信号均传至光电探测器；光电探测器将接收到的信号转换为电压信号后，传送至数据处理装置进行傅里叶变换，判断傅里叶变换后的信号是否出现调制边频来实现铝合金板微裂纹损伤检测。
【IPC分类】G01N21/89
【公开号】CN104931510
【申请号】CN201510373738
【发明人】姜明顺, 路士增, 张法业, 隋青美, 曹玉强, 贾磊
【申请人】山东大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月30日