[发明专利]一种极端环境中气瓶声发射信号的检测系统及缺陷诊断方法

说明书

本发明提供了一种极端环境中气瓶声发射信号的检测系统及缺陷诊断方法，包括：保偏光纤环声发射传感器，保偏光源，第一保偏光纤耦合器组、第二保偏光纤耦合器组、声光调制器组、高频驱动源、混频器组、滤波器组、采集卡及工业测控计算机。本发明属于无损检测领域的声发射探测技术，可以在液氮、液氧、液氢等环境中实时、在线、远距离测量气瓶加压和保压过程中内部产生的声发射信号，并根据检测到的声发射信号对气瓶的缺陷进行诊断和分级，填补了常规无损检测技术无法在线检测和传统压电陶瓷声发射传感器无法在极低温和强腐蚀环境中检测的空白。

技术领域

本发明属于声发射无损检测技术领域，具体涉及一种极端环境中气瓶声发射信号的检测系统及缺陷诊断方法。

背景技术

气瓶是航空航天、化工生产和运输的关键部件，用于贮存液体、气体等介质并承载一定的压力，实现动力推进、压力供给等功能，对航空航天、化工生产系统等的性能、可靠性和寿命有着举足轻重的影响。由于目前技术原因气瓶在实际的生产制造过程中，其材料自身的性能影响或者生产制造过程不够严密等因素会导致气瓶存在一些缺陷，使得其在实际使用时不能达到理想的工作状态，因此通过模拟航空航天、极端温度下化工产生的环境，检验气瓶的结构健康状况，排除气瓶因为缺陷而带来的断裂等隐患极其重要。

局域源能量快速释放而产生的瞬态弹性波为声发射波。实际工作中，在气瓶加压和保压过程中，其内部缺陷会由于应力作用扩展而产生声发射波。声发射波信号是一种微弱信号，需要借助高灵敏的设备检测。研究气瓶内部声发射波的检测方法，就是用声发射检测设备探测、记录、分析声发射波信号并利用信号的特征对气瓶缺陷进行诊断。

涡流检测、超声检测、磁粉检测等传统无损检测方法不能实时获取气瓶在加压和保压过程中缺陷的动态信息，无法实现缺陷的在线监测。声发射检测技术可以实现对气瓶内缺陷的实时监测，然而现有声发射检测技术普遍使用压电陶瓷声发射传感器，其中的敏感元件压电晶体无法工作在气瓶极低温和强腐蚀的环境中，因此，利用声发射技术的极端环境下气瓶缺陷的检测系统及缺陷诊断方法尚属空白。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于针对现有声发射检测技术不能在极低温和强腐蚀条件下检测气瓶缺陷的技术空白，提供一种极端环境中气瓶声发射信号的检测系统及缺陷诊断方法，本发明设备简单，成本较低，可以实现在气瓶保压、加压实验和实际工作中，对其内部缺陷进行在役实时和连续监测，并基于声发射检测结果对缺陷程度进行分级，设备灵敏度高、稳定性好，能够正常工作在极低温和强腐蚀的极端环境，诊断结果对气瓶的安全可靠使用具有重要的指导意义。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种极端环境中气瓶声发射信号的检测系统，包括：保偏窄带光源，第一保偏光纤耦合器组、第二保偏光纤耦合器组、声光调制器组、高频驱动源、混频器组、滤波器组、采集卡及工业测控计算机。保偏光源接第一保偏光纤耦合器组的一组输入端，第一保偏光纤耦合器组的一组输出端连接声光调制器组的输入端，与参考保偏光纤环组共同构成干涉仪的参考臂；第一保偏光纤耦合器组的另一组输出端连接传感保偏光纤环组的输入端，构成干涉仪的传感臂；第二保偏光纤耦合器组的一组输入端连接传感保偏光纤环组的输出端，第二保偏光纤耦合器组的另一组输入端连接参考保偏光纤环组的输出端，第二保偏光纤耦合器组的一组输出端连接光电探测器组的输入端，光电探测器组的输出端连接混频器组的输入端，混频器由高频驱动源驱动；混频器组的输出端连接滤波器组的输入端；滤波器组的输出端连接到采集卡及工业测控计算机。

进一步的，所述窄带光的中心波长为1550nm，带宽小于0.2nm，输出功率≥100mW，输出光为线偏振光，输出光功率长期稳定度为±0.02dB；受光电转换模块的输入光功率的限制，光源输出光功率分配到每一路光纤环传感器的功率大小不能超过10mW。

进一步的，所述声光调制器组由高频驱动源驱动，使光纤中传输的光信号在其中产生固定频率的频移，移至更高频段，然后接入光纤环声发射传感器。