基于 πPS-FBG传感技术的激光超声水下铝板缺陷检测研究
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摘要：
为实现水下金属构件在线服役状态 的 在 线 评 估 ,搭 建 了 一 套 基 于 激 光 超 声 和 π 相 移 光 纤 布 拉 格 光 栅(πPS-FBG)的水下板材缺陷检测系统 . 为了研究水下激光超声传播规律 , 以 6061铝合金板材为测试样品,进行了 不同水深下的激光超声探测实验 . 与空气中超声传播相比 ,实验发现水下 πPS-FBG多接收到一个超声波信号 ,此信 号是激光第一次与水面作用产生的纵波信号 . 随着激励源与 πPS-FBG传感距离的增加 ,超 声 信 号 在 时 域 上 也 延 迟 增加;πPS-FBG接收的激光激励的首个超声波信号的波速为 2 871. 91 m/s,缺陷反射波的波速为 2 911. 02 m/s,其 与铝板中超声表面波的速度接近 ,两者的相对误差分别为 1. 3%和 0. 03%. 改变激励源与缺陷的距离 ,发现缺陷的定 位精度与缺陷距离无关 ,缺陷位置的定位相对误差随着距离的增大而逐渐减小 . 本研究为水下金属构件的在线服役 状态检测提供了一种潜在应用技术(包括在南水北调工程中) ,对于提高水下结构的安全性和可靠性具有一定意义 .
To evaluate the service status of metalcomponents serving underwater, an underwater plate defectdetection system based on laser ultrasound and π phaseshift(PS)fiberBragggrating(πPS-FBG) was developed. To studythe propagation law ofunderwaterlaserultrasound, laserultrasound testing experimentswereconducted on Al6061 sheetmetalatdifferentwa- ter depths. Compared with the propagation of ultrasonic signals in the air, experiments have found that underwaterπPS-FBG receives an additionalwaveform ofultrasonicsignals, which isthelongitudinalwavesignalgenerated bythefirstinteraction be- tween the laserand the water surface. As the distance between the excitation source and πPS-FBG increases, the delay of the ultrasonic signalin the timedomain also increases. The wavevelocityofthe firstultrasonicsignalexcited byπPS-FBG laserre- ceived byπPS-FBG is2 871. 91 m/s, and the wave velocity ofthe defect-reflected wave is2 911. 02 m/s, which is close to the velocity ofthe ultrasonic surface wave in the aluminum plate, with relative errors of1. 3% and 0. 03% , respectively. When the distance between the excitation sourceand thedefectchanges, itisfound thatthedetection accuracyofthedefectposition isin- dependentofthe distanceofthe defect. and the relativeerrorofpositioning on the defectposition decreaseswith the increaseof the distance. This studyprovidesa potentialapplication technologyforservicestatusdetection ofunderwatermetalcomponents (including South-to-NorthWaterDiversion Project) , which has certain significance for improving the safety and reliability of underwater structures.
作者：
郭古青,白盛康,田亚莉,宫廷,孙小聪,周月婷,邱选兵,李传亮
Guo Guqing, BaiShengkang, TianYali, GongTing, Sun Xiaocong, Zhou Yueting, Qiu Xuanbing, LiChuanliang
机构地区：
太原科技大学应用科学学院;山西省精密测量与在线检测装备工程研究中心;山西省光场调控与融合应用技术创新中心
引用本文：
郭古青,白盛康,田亚莉等。基于πPS-FBG传感技术的激光超声水下铝板缺陷检测研究[J].betway官方app 学报(自然科学版),2024,52(4):46-51.
Guo Guqing,BaiShengkang,TianYali,etal.Research on defectdetection of underwateraluminum plate by laser ultrasonic based on πPS-FBG sensing technology[J] . Journal of Henan NormalUniversity(Natural Science Edition) , 2024, 52(4) : 46-51. DOI: 10. 16366/j. cnki. 1000-2367. 2024. 02. 08. 0001.
基金：
国家重点研发计划；国家自然科学基金；山西省科技合作交流专项
关键词：
激光超声 ;π相移光纤布拉格光栅 ;6061铝合金 ;无损检测 ;缺陷定位 ;南水北调工程
laser ultrasound; πPS-FBG; Al6061; non destructive testing; defectlocalization; South-to-NorthWaterDi- version Project
分类号：
O439
