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1、中国航空学会年学术年会机载、航电专题!光纤光栅传感器在现代大型飞机中的应用探讨杨波彭俊毅北京航空航天大学北京一∀#摘要光纤光栅传感器特有的优势如体积小、重量轻、灵敏度高、集成性好、复用性好等使其成为当前国内外的一个研究热点,受到全世界范围内的广泛重视,并且取得了持续和快速的发展。本文详细描述了光纤光栅传感器的工作,,∃原理和基本特点论述了其在航空航天领域和民用工程领域的国内外应用现状并结合国外特别是%&∋()公司和∗+,+的研究经验和研究成果,探讨了光纤光栅传感器在大型飞机研制中的应用前景。研制大
2、型飞机的过程中,如何保证大飞机的飞行安全是人们非常关注的问题。我们可以利用光纤光栅传感器的优点,采用分布式光纤光栅系统,将光纤埋入大型,飞机如机翼的复合材料中光纤传感器在光纤加强的复合材料中的结合使监测能够从材料的硫化阶段开始,贯穿整个工作期限一直迫近到失效期。为了实现大型飞机结构健康监测,可以在不同测量点上安装多个光纤光栅,并结合先进的通信技术,构成功能超,强的分布式智能传感网络对大飞机的内部机械性能及外部环境进行实时监控,确保事故发生前及时报警,同时可以降低维护成本、缩短检查时间和停机时间。在文章的最后给出
3、了光纤光栅传感器的关键技术即光纤光栅传感器解调技术的发展方向。关键词光纤光栅传感器解调技术大型飞机结构健康监测引言,光纤光栅是近年来迅速发展起来的微型光学元件它为光纤传感技术开辟了一个崭新的应用研究领域。光纤沿径向从里到外分为纤芯、包层、涂履层三部分,用特殊的紫外光照射工艺,光纤纤芯折,射率受到永久的周期性微扰而形成的一种光纤无源器件它能将入射光中某一特定波长的光部分或,,−全部反射满足布拉格条件的波长被光纤光栅反射相关公式如下。0兄./(二+123刀叨,,。其中凡是被反射的波长(&4是光纤光栅的有效折射率
4、+为光栅周期,,,通过拉伸和压缩光纤光栅或者改变温度可以改变光纤光栅的周期和有效折射率从而达到改变光纤光栅的反射波长的目的。反射波长和应变、温度、压力物理量成线性关系。根据这些特性,可将光纤光栅制作成应变、温度、压力、加速度等多种传感器。,−与其它原理的传感器相比光纤光栅传感器具有许多不可替代的突出优越性123传感头结构简、5、、、,,单体积小1标准裸光纤为2!63重量轻潜在的低成本外形可变具有可掩埋性适合埋,、,,7入大结构中可测量结构内部的应力应变及结构损伤等重复性好13传感信号是波长调制对,,显光源功
5、率波动及微弯等因素造成的系统损耗极不敏感使光纤光栅传感器抗干扰能力强示出优,、、,7#良的可靠性和稳定性抗电磁干扰抗腐蚀能在恶劣的化学环境下工作13复用能力强便于构,,成多路和分布式传感器等各种形式的光纤光栅传感器网络可进行大面积的多点测量可同时测量,,7717多项参数183高灵敏度和高分辨力!3具有自参考点测量的是绝对值193光栅直接写入纤芯、,,71∀3耐温结构简单稳定性好和插入损耗低易于实现一维光子集成无需研磨工艺和对准工艺中性国航空学会好1工作年学温度上限术年会可达8℃一9℃31:3传输距离远1
6、传感器到解调端可达凡机载公里3航电专题综上所述!光如纤光栅传应变温感器是实度和振动现光纤完成智能结构健康监测的理想选碰撞探择它可测形状埋入构控制等件或与其功能卜接触通过实时传感信息国内外的应用研究到目前为止光纤光栅传感器己经在航空航天业民用工程等领域获得了成功应用2航空航空航天领域天业是一个传感器使用密集的领域对于传感器的灵敏度体积和重量都有非常高的要求要一架飞使用的传行器为了感器超过监测压2个力温度因此传振动感器的尺燃料液位寸重量起落和可集架状态成性变得机翼和方犹为重要向舵的位光纤置等光栅传感需器只器
7、有一根光可以与之纤敏感相比拟元件1光由于光栅3制作纤光在纤芯中航空航天从尺寸业越来越小和重受到青量轻的优睐美国点来讲在这方面凡乎没的研究有其他传一直处于感世界领先地位使用先仅波音进的复合公司就材料来注册了近制造航空十个光纤航天结构光栅传感1如机翼器的技部件3是术专利一个必然的趋势与金属材料相比先其统进的复合是很容易的实时健材料更能在复合康和性能抗疲劳料结构监视可重量更的制造过以减少轻强度程中埋人飞行器重量比更光纤光栅量缩短好能传感器检查时够制作复实现飞间降低维杂的形状行器运行护成本而且抗过程中机从改腐蚀载传感善
8、其性能尤系美了国家航测量应变空和宇宙和温度的航行局光纤光∗+,+对光栅传感器纤光栅传网络感器的而我国在应用非常该领域重视他的实际应们在航天用研究目飞机<前尚未#上安查到相关装文献比较有代表性的应用有∃∋)公司∗+,+汉普顿大学和∗+,+兰利研究中心及德国在航空航天领域取得23的研究成∃∋)果公司采用环境变化监测光纤栅传感器对温度和应力遥测实现对结构的评估航安装多栅传感行器和航个光栅以器
