【摘要】：為了改善微納耦合光纖傳感器聲發(fā)射模態(tài)識(shí)別的能力,立足于模態(tài)聲發(fā)射理論,實(shí)驗(yàn)研究了微納耦合光纖有效傳感區(qū)結(jié)構(gòu)、長度以及對(duì)稱性對(duì)傳感器模態(tài)識(shí)別能力的影響,分析了優(yōu)化后傳感器模態(tài)識(shí)別能力的定向性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,當(dāng)有效傳感區(qū)結(jié)構(gòu)為包括分離區(qū)、錐區(qū)和腰區(qū)的"X"型結(jié)構(gòu)時(shí),傳感器不能識(shí)別S_0模態(tài),且識(shí)別的A_0模態(tài)完整性差;當(dāng)有效傳感區(qū)結(jié)構(gòu)為包括腰區(qū)和全部錐區(qū)的"---"型結(jié)構(gòu)時(shí),傳感器能夠識(shí)別出S_0模態(tài),并完整地識(shí)別A_0模態(tài);當(dāng)有效傳感區(qū)對(duì)稱時(shí),所測信號(hào)模態(tài)完整性好;而當(dāng)有效傳感區(qū)不對(duì)稱時(shí),所測信號(hào)完整性較差;"X"型結(jié)構(gòu)時(shí),分離區(qū)會(huì)衰減聲波的部分能量,傳感器靈敏度隨著有效傳感區(qū)長度的減小而增大;"---"型結(jié)構(gòu)時(shí),由于錐區(qū)起到應(yīng)變放大作用,傳感器靈敏度會(huì)隨著錐區(qū)長度的減小而降低;傳感器的模態(tài)識(shí)別能力隨著檢測角度的減小而減弱,其有效檢測角度范圍為45°~135°。該研究對(duì)本傳感器應(yīng)用于模態(tài)聲發(fā)射具有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

２７２６逡逑儀器儀表學(xué)報(bào)逡逑第３邋８卷逡逑0引邋言逡逑１微納耦合光纖傳感器聲發(fā)射信號(hào)的模態(tài)逡逑分析逡逑聲發(fā)射技術(shù)因其具有諸多優(yōu)異性能，在電力設(shè)備診逡逑斷、航空航天、土木工程、石油化工等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)逡逑用。傳統(tǒng)的聲發(fā)射技術(shù)分析聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)域波形逡逑參數(shù)（振鈴計(jì)數(shù)、幅值能量及持續(xù)時(shí)間等），從而根據(jù)特逡逑定算法對(duì)聲發(fā)射源進(jìn)行識(shí)別

第１１期逡逑劉懿瑩等：微納耦合光纖模態(tài)聲發(fā)射傳感特性優(yōu)化研究逡逑２７２７逡逑２００邐４００邐６００逡逑時(shí)間爾ｓ逡逑（ａ）壓電換能器逡逑（ａ）邋Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ邋ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ逡逑８００逡逑０邐１００邋２００邋３００邋４００邋５００邋６００邋７００邋８００邋９００邋１邋０００逡逑頻率／ｋＨｚ逡逑圖３實(shí)驗(yàn)鋁板上和／Ｉ。模態(tài)傳播速度曲線逡逑Ｆｉｇ．邋３邋Ｖｅｌｏｃｉｔｙ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋５０邋ａｎｄ邋ＡＱ邋ｍｏｄａｌ逡逑ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ邋ｏｎ邋ｔｈｅ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ邋ａｌｕｍｉｎｕｍ邋ｐｌａｔｅ逡逑為了更為直觀地識(shí)別４。模態(tài)和Ｓ。模態(tài)，采用Ｇａｂｏｒ逡逑變換對(duì)所測聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析，圖４（邋ａ）所示為逡逑采用壓電換能器（Ｒ１５ａ）測到典型聲發(fā)射信號(hào)及其Ｇａｂｏｒ逡逑變換。其中時(shí)頻分布圖橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為頻率，顏逡逑色圖例為對(duì)Ｇａｂｍ？系數(shù)取對(duì)數(shù)，數(shù)值表征能量大小，顯示逡逑閾值設(shè)為最大能量的0．邋０５％邋，從圖４（邋ａ）的時(shí)域信號(hào)中可逡逑讀出信號(hào)的峰峰值約５邋Ｖ。從時(shí)域信號(hào)中可以看出，在逡逑大約５００邋ｐ時(shí)出現(xiàn)且幅值較��；約在５２０叫，為心逡逑分量的起始時(shí)刻。同時(shí)，由該信號(hào)的Ｇａｂｏｒ分布圖可見，逡逑在ｔ邋＝５００邋ｐ時(shí)，最先出現(xiàn)頻率分量約為３００邋ｋＨｚ，，之后，逡逑頻率越小的分量到達(dá)時(shí)間越慢，表現(xiàn)出明顯的群速度變逡逑化特征，根據(jù)模態(tài)聲發(fā)射理論，此模態(tài)應(yīng)為七模態(tài)。此逡逑外，在ｚ邋＝５００邋ｐ時(shí)在１５０邋ｋＨｚ附近有微弱的分量到達(dá)，逡逑且分量到達(dá)時(shí)間無明顯變化。根據(jù)此分量能量孝傳播逡逑速度快、無明顯群速度變化的特征可判斷此分量為５。模逡逑態(tài)。由此可得，與時(shí)域分析相對(duì)比，Ｇａｂｏ

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