微纳光纤模态声发射传感特性优化实验研究

本文主要探讨了微纳耦合光纤模态声发射传感特性的优化研究。在当前的研究背景下，微纳耦合光纤作为一种新型传感器，其在声发射模态识别方面的性能至关重要。作者基于模态声发射理论，对微纳耦合光纤的有效传感区结构、长度以及对称性进行了深入的实验分析。 首先，研究发现，当传感器的有效传感区结构设计为包含分离区、锥区和腰区的“X”型结构时，存在局限性。这种结构下，传感器无法准确识别S0模态，同时对于A0模态的识别也存在完整性问题。这表明，优化结构设计对于提升模态识别能力至关重要。 相反，采用包括腰区和全部锥区的“——”型结构，传感器的性能得到了显著提升。在这种情况下，传感器能够识别出S0模态，并能完整地识别A0模态，显示出更好的模态识别能力。这提示我们，在设计中应优先考虑这种结构，以确保模态识别的准确性和完整性。 其次，研究还考察了传感区对称性对信号完整性的影响。实验结果显示，当传感区对称时，所测信号的模态完整性较好，反之，不对称的传感区会导致信号完整性下降。这一发现强调了结构对称性在优化传感器性能中的重要作用。 在传感区长度方面，“X”型结构中，分离区的存在会导致部分声波能量衰减，使得传感器的灵敏度随有效传感区长度减小而增加。然而，对于“——”型结构，由于锥区的应变放大作用，随着锥区长度的减小，传感器灵敏度反而会降低。这提示设计者在优化过程中需权衡长度与灵敏度的关系。 最后，研究指出，传感器的模态识别能力会随着检测角度的减小而减弱，其有效检测角度范围被限定在45°到135°之间。这意味着在实际应用中，需要选择合适的检测角度以确保最佳的模态识别效果。 这篇论文通过对微纳耦合光纤的结构优化，揭示了如何通过改变传感器的有效传感区设计、长度和对称性来提升模态声发射的识别能力。这对于优化此类传感器在模态声发射领域的应用具有重要的指导意义，为实际工程提供了实用的设计策略。