Acoustic Emission Testing at Cryogenic Temperatures Using Cantilevered Phase-Shifted Fiber Bragg Grating

材料科学 光纤布拉格光栅 声发射 超声波传感器 悬臂梁 涂层 光纤传感器 温度测量 光纤 声学 光电子学 光学 复合材料 纤维 波长 物理 量子力学
作者
Wulin Lan,Qi Wu,Hanqi Zhang,Yuxi Zhang,Zhaoyang Deng
出处
期刊:IEEE Sensors Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:23 (23): 28986-28992 被引量:2
标识
DOI:10.1109/jsen.2023.3326454
摘要

Conventional ultrasonic sensors are significantly affected by low temperatures. This results in the difficulty of acoustic emission (AE) detection at cryogenic temperatures (CTs). In this study, a phase-shifted fiber Bragg grating (PSFBG) ultrasonic sensor with superior temperature resistance and sensing performance was proposed and evaluated by both acousto-ultrasonic and AE test in liquid nitrogen (77 K). The results indicate that a PSFBG with a polyimide (PI) coating and installed by the cantilevered configuration can better retain its spectrum than that with an acrylate (ACR) coating or bonded directly. Consequently, it is suitable for ultrasonic detection at CTs owing to its 1.42-MHz bandwidth and high sensitivity; 27 small-energy and high-frequency AE signals generated by matrix cracks within a composite laminate during a three-point bending test were detected successfully by a cantilevered PI-coated PSFBG. The distributions of amplitude and frequency of the AE signals were evaluated. This demonstrated the sufficient detection reliability of the sensor at CTs. This pioneering work of using an optical fiber sensor for AE detection provides a potential approach for material evaluation at CTs that was difficult to achieve earlier.
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