一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法，所述实时监测方法包括以下步骤：a.搭建光栅光纤监测系统；b.建立飞机垂尾外载荷数学模型，对所述垂尾模型进行全域应力计算，寻找飞机垂尾的外载荷应力集中区；c.在飞机垂尾外载荷应力集中区布置所述光栅光纤监测系统；d.对所述飞机垂尾持续施加外载荷，所述光栅光纤监测系统通过信号接收器采集光栅光纤组的中心波长偏移量数据，绘制外载荷大小与所述光栅光纤组的中心波长偏移量数据的关系曲线，其中由外载荷导致应变片发生应变，从而使所述光栅光纤组的中心波长发生偏移；e.将所述光栅光纤检测系统安装在飞机垂尾，根据所述关系曲线对飞机飞行过程中垂尾的实时载荷进行监控。

【技术实现步骤摘要】
专利的交叉引用本申请要求2015年10月20日提交的，申请号CN201510681546.2的中国专利技术专利申请的优选权。
本专利技术涉及航空航天
，特别涉及一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法。
技术介绍
飞机在实际飞行过程中，承受着各种环境下的随机载荷，结构破坏时有发生。对飞机结构进行实时监控，控制其飞行过程中自身的损伤情况，采用经济性维修和结构寿命健康管理，延长飞机寿命。飞机在飞行过程中受到的外载荷主要为1)空气动力、2)质量力、3)其他部件传来的集中载荷。在飞机转弯或侧滑等飞行动作时侧向载荷会受到比平稳飞行时更大空气动力影响；机身本身的质量以及飞机内部的装载会对飞机产生质量力，对飞机造成载荷；飞机起飞、滑跑、降落过程中机翼、尾翼以及起落架等部件对飞机本身产生会产生载荷。飞机的外载荷严重影响飞机机身和飞机部件，不及时对飞机机身和飞机部件进行修护将大大降低飞机的使用寿命。但是对于飞机飞行过程中收到载荷对机身和飞机部件的影响，目前都是通过经验或者当飞机机身以及部件出现损伤时进行维修，这时的维修已经对飞机寿命产生了影响，缩减了飞机的寿命。对于飞机飞行过程实时监控现有技术通常通过电阻式传感器来进行监控，其监控效果和精度不够准确，对飞机的修护指导意义不强。因此，需要一种能有效解决对飞机飞行过程中的外载荷进行监测，在从而制导飞机修护的基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法，所述实时监测方法包括以下步骤：a.搭建光栅光纤监测系统，所述监测系统包括泵浦源、第一掺铒光纤、第二惨铒光纤、波分复用器、光栅光纤组以及信号接收器；其中所述光栅光纤组由多段光栅光纤与应变片贴合后以串联的方式进行连接；b.建立飞机垂尾外载荷数学模型，对所述垂尾模型进行全域应力计算，寻找飞机垂尾的外载荷应力集中区；c.在步骤b中找到的飞机垂尾外载荷应力集中区布置所述光栅光纤监测系统；d.对所述飞机垂尾持续施加外载荷，所述光栅光纤监测系统通过信号接收器采集光栅光纤组的中心波长偏移量数据，绘制外载荷大小与所述光栅光纤组的中心波长偏移量数据的关系曲线，其中由外载荷导致应变片发生应变，从而使所述光栅光纤组的中心波长发生偏移；e.将所述光栅光纤检测系统安装在飞机垂尾，根据所述关系曲线对飞机飞行过程中垂尾的实时载荷进行监控。优选地，所述第一掺铒光纤和所述第二掺铒光纤掺杂浓度相同。优选地，所述泵浦源为激光二极管单泵浦源。优选地，所述泵浦源发出的泵浦光分两路分别进入第一掺铒光纤和第二惨铒光纤。优选地，所述光栅光纤组末端设置熔接隔离器，防止端面回波对输出信号的影响。优选地，步骤b中所述的全域应力计算包括垂尾的剪力、弯矩以及扭矩的计算。优选地，所述光栅光纤组与应变片通过胶粘的方式贴合。优选地，步骤c中所述光栅光纤监测系统布置方式为通过胶粘的方式将应变片与飞机垂尾外载荷应力集中区粘贴。优选地，步骤d中采集光栅光纤组的中心波长偏移量数据进行处理，所述处理方法包括如下步骤：d1.数据预处理，采集到的光栅光纤组的中心波长偏移量数据建立时间历程；针对数据时间历程进行检测，剔除不合格的起落数据；d2.数据二次处理，对预处理得到的数据进行滤波和分段。本专利技术采用了光栅光纤传感器对飞机垂尾外载荷进行实时监测，监控过程精细、智能、准确，指导并实现了对飞机的有效维护，延长了飞机的整体寿命。应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本专利技术所要求保护内容的限制。附图说明参考随附的附图，本专利技术更多的目的、功能和优点将通过本专利技术实施方式的如下描述得以阐明，其中：图1示意性示出了本专利技术光栅光纤监测系统的结构图；图2示出了本专利技术基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法的流程图；图3示出了本专利技术对飞机垂尾模型进行全域应力计算的示意图；图4示出了本专利技术光栅光纤组的中心波长偏移量数据的处理流程图；图5示出了本专利技术外载荷大小与光栅光纤组的中心波长偏移量数据的关系曲线。具体实施方式通过参考示范性实施例，本专利技术的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本专利技术并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本专利技术的具体细节。在下文中，将参考附图描述本专利技术的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。本专利技术所提供的一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法是通过光栅光纤制备的光栅光纤监测系统实现对垂尾的实时监测，本实施例中示意性给出一种所述的光栅光纤监测系统，如图1所示本专利技术一个实施例中光栅光纤监测系统的结构图；所述光栅光纤检测系统包括泵浦源101、第一惨铒光纤102、第二惨铒光纤103、波分复用器105、光栅光纤组105以及信号接收器106。其中，光栅光纤组105包括多段光栅光纤1052，本实施例中示意性给出了4段光栅光纤，4段光栅光纤通过串联的方式进行连接；在一些实施例中，光栅光纤可以是多段，具体的由所要监测的飞机垂尾的尺寸所决定，同样地，设置的多段光栅光纤通过串联的方式连接。所述光栅光纤1052通过胶粘黏贴在应变片1051上，当飞机垂尾受到外载荷时，应变片1051发生变形引起光栅光纤1052的中心波长漂移实现对外载荷监测。应当理解的是本专利技术中采用的是多段光栅光纤构成的光栅光纤组105的整体出现波长漂移，使得监测到的外载荷与光栅光纤组105的波长漂移的关系更加精确。为了实现高平坦的C+L波段放大的自发辐射光，本专利技术采用的泵浦源101为激光二极管单泵浦源，并且第一惨铒光纤102和第二惨铒光纤103的掺杂浓度相同。泵浦源101产生的光路分成两路分别进入到第一惨铒光纤102和第二惨铒光纤103中，通过两路光路对泵浦源产生的光信号进行放大处理。波分复用器104将放大后的信号耦合进入到串联连接4段光栅光纤的光栅光纤组105中。信号接收器106采集光路信号，优选地，在光栅光纤组105的末端设置熔接隔离器，防止端面回波对输出信号的影响。下面本实施例具体说明本专利技术利用上述光栅光纤监测系统对飞机垂尾外载荷实时监测方法做详细说明，如图2所示本专利技术基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法的流程图，所示垂尾外载荷实时监测方法应当包括如下步骤：步骤201：搭建光栅光纤监测系统；所述监测系统包括泵浦源、第一掺铒光纤、第二惨铒光纤、波分复用器、光栅光纤组以及信号接收器。步骤202：:仿真计算，寻找飞机垂尾应力集中区；建立飞机垂尾外载荷数学模型，对所述垂尾模型进行全域应力计算，寻找飞机垂尾的外载荷应力集中区。具体仿真计算过程借助有限元分分析方法，建立飞机数学模型，在飞机数学模型上布置光栅光纤并设置边界条件，所述边间条件为根据实际飞机飞行过程中的外载荷进行模拟。本实施例采用了包括对垂尾的剪力、弯矩以及扭矩的模拟计算的全域应力计算，使得计算结果更加接近飞机实际飞行过程中的情况，从而对后续的检测更加准确。通过仿真计算。寻找到飞机在飞行过程中最能产生应变的区域，如图3所示本专利技术对飞机垂尾模型进行全域应力计算的示意图，飞机垂尾301在计算过程中得到应变区域302，计算结果的到的应变区域3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法包括以下步骤：a.搭建光栅光纤监测系统，所述监测系统包括泵浦源、第一掺铒光纤、第二惨铒光纤、波分复用器、光栅光纤组以及信号接收器；其中所述光栅光纤组由多段光栅光纤与应变片贴合后以串联的方式进行连接；b.建立飞机垂尾外载荷数学模型，对所述垂尾模型进行全域应力计算，寻找飞机垂尾的外载荷应力集中区；c.在步骤b中找到的飞机垂尾外载荷应力集中区布置所述光栅光纤监测系统；d.对所述飞机垂尾持续施加外载荷，所述光栅光纤监测系统通过信号接收器采集光栅光纤组的中心波长偏移量数据，绘制外载荷大小与所述光栅光纤组的中心波长偏移量数据的关系曲线，其中由外载荷导致应变片发生应变，从而使所述光栅光纤组的中心波长发生偏移；e.将所述光栅光纤检测系统安装在飞机垂尾，根据所述关系曲线对飞机飞行过程中垂尾的实时载荷进行监控。

【技术特征摘要】
2015.10.20 CN 20151068154621.一种基于光栅光纤传感器的垂尾外载荷实时监测方法，其特征在于，所述实时监测方法包括以下步骤：a.搭建光栅光纤监测系统，所述监测系统包括泵浦源、第一掺铒光纤、第二惨铒光纤、波分复用器、光栅光纤组以及信号接收器；其中所述光栅光纤组由多段光栅光纤与应变片贴合后以串联的方式进行连接；b.建立飞机垂尾外载荷数学模型，对所述垂尾模型进行全域应力计算，寻找飞机垂尾的外载荷应力集中区；c.在步骤b中找到的飞机垂尾外载荷应力集中区布置所述光栅光纤监测系统；d.对所述飞机垂尾持续施加外载荷，所述光栅光纤监测系统通过信号接收器采集光栅光纤组的中心波长偏移量数据，绘制外载荷大小与所述光栅光纤组的中心波长偏移量数据的关系曲线，其中由外载荷导致应变片发生应变，从而使所述光栅光纤组的中心波长发生偏移；e.将所述光栅光纤检测系统安装在飞机垂尾，根据所述关系曲线对飞机飞行过程中垂尾的实时载荷进行监控。2.根据权利要求1所述的实时监测方法，其特征在于，所述第一掺铒光纤和所述第二掺铒光纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：祝连庆，闫光，何巍，刘锋，董明利，李红，娄小平，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京;11