近日，來(lái)自美國海軍研究實(shí)驗室（NRL）光學(xué)科學(xué)部與材料科學(xué)部的研究人員合作，成功地使用分布式反饋光纖激光聲發(fā)射傳感器檢測出了鉚接搭接接頭中裂紋產(chǎn)生的聲發(fā)射信號。

利用光纖激光聲發(fā)射傳感器對鉚接搭接接頭進(jìn)行缺陷檢測：該圖顯示了左上方搭接接頭中鉚釘之間裂縫的萌生和生長(cháng)現象。光纖激光傳感器安裝在檢測結構上，測量由裂紋缺陷所產(chǎn)生的聲發(fā)射信號，相關(guān)軟件將其記錄為聲事件（AE event）。

“我們研究了一種現場(chǎng)結構健康監測（SHM）自動(dòng)化系統，它能有效監控結構的關(guān)鍵參數，例如溫度、內應力、沖擊以及裂紋缺陷等；并且能在結構損傷情況達到臨界水平之前可靠地將其檢測出來(lái)，以增加結構安全性和信息反饋速度，同時(shí)降低海軍平臺的操作成本”，來(lái)自光學(xué)科學(xué)部的物理學(xué)家Geoffrey Cranch博士說(shuō)道：“目前，還沒(méi)有一個(gè)美國軍種使用原位技術(shù)來(lái)管理設備結構健康”。為了實(shí)現這一目標，最關(guān)鍵的是需要一種能夠近乎實(shí)時(shí)檢測出與裂紋等缺陷的出現和增長(cháng)相關(guān)的聲發(fā)射信號的傳感器。并且，這類(lèi)傳感器必須比現有的大多數電子產(chǎn)品更小、更輕、易于操控，敏感度相當或有所提高。最終目的就是要使得這些組件的系統占用空間小，且可靠性高。

由美國海軍研究辦公室（ONR）材料科學(xué)部提供部分研究資金，NRL正在研制一種激光傳感器，它的寬度約為人類(lèi)頭發(fā)絲那樣的寬度。在測試過(guò)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，并測量了兩個(gè)小時(shí)加速疲勞試驗中產(chǎn)生的一個(gè)0.5MHz帶寬的聲發(fā)射信號，同時(shí)利用一個(gè)等同的電傳感器進(jìn)行測量。

這種嵌入式的傳感器可以用于解決鉚接件周期性“微動(dòng)磨損”的聲事件以及檢測來(lái)自裂紋的聲發(fā)射信息。對搭接處的延時(shí)成像，將可以使觀(guān)測到的斷裂與測量的信號之間建立起關(guān)聯(lián)。

除了裂紋檢測，這種光纖激光傳感器還能夠有效檢測沖擊損害影響，此外，該傳感器還具有能夠與現有光纖應變和溫度傳感系統進(jìn)行集成的潛力。這為滿(mǎn)足現場(chǎng)結構健康監測體系的操作安全要求提供了一種多參數傳感能力，值得一提的是，這還將顯著(zhù)降低整體的成本費用。

“我們的研究團隊已經(jīng)證明了這種光纖激光傳感技術(shù)能夠在模擬疲勞環(huán)境中檢測到裂紋產(chǎn)生的超聲波聲發(fā)射信號的能力”，Cranch說(shuō)道：“這項研究的新穎之處主要在于光纖激光傳感技術(shù)以及它的應用方式等”。

從裂紋等缺陷中產(chǎn)生的聲信號還可以通過(guò)采用壓電式傳感器進(jìn)行測量，并且這項技術(shù)還促進(jìn)了現有的故障預測工作。然而，壓電傳感技術(shù)由于其設備體積較大且分布式監測能力有限，因此在許多方面中并不具有太大的實(shí)用性。

強調這項技術(shù)將有可能應用在除軍事領(lǐng)域以外的許多方面?！拔覀兊难芯考皯弥攸c(diǎn)是海軍等國防方面，例如飛機、艦船和潛艇等。如果一些橋梁或者建筑物結構中含有易受疲勞和失效影響的關(guān)鍵部件，那么該技術(shù)同樣可以用于對這些結構進(jìn)行連續監測”。

目前，還沒(méi)有其它的本征型光纖傳感器能夠與光纖激光聲發(fā)射傳感器在實(shí)驗室中測試所達到的性能相匹敵。與一些現有的電傳感技術(shù)相比，光纖激光傳感器已經(jīng)被證明具有相當的甚至更高的聲發(fā)射信號敏感性。該系統已經(jīng)可以將多個(gè)光纖激光傳感器集成到一束光纖中。目前，該研究小組正在進(jìn)行的工作主要為理解并解釋這些聲發(fā)射數據以計算出一些有用的指標參數（例如故障幾率等）。未來(lái)的改進(jìn)方向則主要集中在實(shí)現相控陣波束形成技術(shù)，以有效確定裂紋等缺陷的具體位置方面。