分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，该系统由火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分组成。火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、光环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15‑20个FBG传感器不等。本发明专利技术采用了光纤光栅传感技术、光纤光栅解调技术、大型结构件的传感器安装及仿真技术，传感部分具有无电缆、抗电磁干扰、重量轻等特点，实现了火箭贮箱筒段内、外表面的应力检测。

Distributed fiber Bragg grating Rocket Tank stress measurement system

The invention provides a stress measurement system for Rocket Tank Section Based on distributed fiber grating, which is composed of a stress demodulation section and a cylinder section sensing section. The stress demodulation part of the rocket tank is composed of ASE light source, optical ring, CCD array, FPGA, 1 *4 optical switch, fan/radiator, power supply module, Ethernet or USB interface module, host computer; the sensor part of the rocket tank is composed of four FBG sensors, of which three are strain sensors, one is temperature sensor, and each channel has 15_20 FBG sensors. BG sensors are not equal. The invention adopts the fiber grating sensing technology, the fiber grating demodulation technology, the sensor installation and simulation technology of large structural parts, and the sensing part has the characteristics of no cable, anti-electromagnetic interference, light weight, etc. The stress detection of the inner and outer surface of the rocket tank section is realized.

【技术实现步骤摘要】
分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统
本专利技术涉及火箭筒段应力测量系统，特别是分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统。
技术介绍
火箭筒段由三块中心角为120°的铝合金壁板拼焊而成，为检测其拼焊后的结构强度及稳定性，在火箭筒段施加载荷过程中，常使用应变片测量测试点的应力变化情况，通常情况一个待测点要测三个方向的应力，一个应变片可同时测量三个方向的应力。应变片的测量不够精确，且反应较慢，应变片的每个测量方向要单独接一条电路，每次测量数十个点需要接大量的测试线，电线围绕在火箭贮箱周围，一旦焊点脱落，出现故障，排查起来比较困难。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，包括：火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分；所述火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、光环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；所述供电模块提供交流电和直流电，为火箭贮箱筒段应力解调部分供电；所述ASE光源提宽带光，宽带光经环形器后达到1×4光开关，通过FPGA对光开关的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关、环形器将光栅反射回来的光进行CCD阵列光电转换后到达FPGA，经过滤波、放大、A/D转换处理后，数据通过以太网或USB接口模块传递到上位机，转换成光波长和应变、温度，上位机将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析；所述筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15-20个传感器。本专利技术的有益效果为：1、使用光纤光栅传感器作为本系统的传感器，体积小、重量轻、制作工艺成熟，本系统中选用的光纤光栅传感器是规模化生产的传感器，可粘贴，也可焊接在待测物体表面，测量过程中不会对被测对象产生影响。2、光纤传感器本征不导电、抗电磁干扰能力强，火箭贮箱材料为铝合金，使用光纤传感器测量火箭贮箱应力变化的信号较为准确。3、采用80nm宽带ASE光源，在一路串联多个传感器的条件下，能够有效扩宽单个传感器的应变测量范围。4、该系统能够完成应变信号变换、采集、存储及实时显示功能，可以有效预防试验过程中应力过大造成的结构性破坏。5、该系统可以将采集数据保存在指定位置，方便后期应力的仿真与分析。附图说明图1为本专利技术的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统。具体实施方式如图1所示，本专利技术分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，包含火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分，火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源1、光环形器2、CCD阵列3、FPGA4、1×4光开关5、风扇/散热器6、供电模块7、以太网或USB接口模块8、上位机9组成；筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路应变传感器11、12、13，一路温度传感器10，每路15-20个传感器。分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，最高工作频率5kHz，最低频率1Hz，ASE光源1提供1525nm-1605nm的宽带光源，宽带光经环形器2后达到1×4光开关5，通过FPGA4对1×4光开关5的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关5、环形器2将光栅反射回来的光进行CCD阵列3光电转换后到达FPGA4，经过滤波、放大、A/D转换等处理后，数据通过以太网或USB接口模块8传递到上位机9，转换成光波长和应变、温度，上位机9将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析。ASE光源1为1525nm-1605nm的宽带光源，光功率为10mW，配备风扇和散热器6及时降低温度，延长光源使用寿命。FPGA4模块集成度高，包含驱动电路、滤波电路、放大电路、A/D转换电路等，将光电转换后的信号经处理后通过以太网或USB接口8传递到上位机，且FPGA4为光开关提供控制信号。供电模块7，为上位机9和风扇/散热器6提供220V交流电，为ASE光源1、1×4光开关5、FPGA4、CCD阵列3、以太网或USB接口模块8提供5V直流电。上位机9，将FPGA4传送的数据进行处理，转换成波长或温度、应变等物理量实时显示；通过显示界面的保存设置，可以将采集数据保存在指定位置，存储格式可以选择为文本格式或者Excel格式。筒段传感器部分，共有四路FBG传感器，每一路的传感器之间连接方式均为串联。筒段传感器部分，FBG应变传感器在数据处理时需要去除温度变化引起的波长漂移，FBG温度传感器应安装在火箭贮箱筒段待测点2cm内，靠近待测点附近的应变传感器。筒段传感部分，FBG传感器都是通过专业设计的弹性贴片封装，固定在火箭贮箱筒段待测点表面，选择焊接的方式固定，传感器安装方便，可直接进行试验，节约准备时间。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，其特征在于，包括：火箭贮箱筒段应力解调部分和筒段传感部分；所述火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；所述供电模块提供交流电和直流电，为火箭贮箱筒段应力解调部分供电；所述ASE光源提供宽带光，宽带光经环形器后到达1×4光开关，通过FPGA对1×4光开关的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关、环形器将光栅反射回来的光进行CCD阵列光电转换后到达FPGA，经过滤波、放大、A/D转换处理后，数据通过以太网或USB接口模块传递到上位机，转换成光波长和应变、温度，上位机将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析；所述筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15‑20个传感器。

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，其特征在于，包括：火箭贮箱筒段应力解调部分和筒段传感部分；所述火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；所述供电模块提供交流电和直流电，为火箭贮箱筒段应力解调部分供电；所述ASE光源提供宽带光，宽带光经环形器后到达1×4光开关，通过FPGA对1×4光开关的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关、环形器将光栅反射回来的光进行CCD阵列光电转换后到达FPGA，经过滤波、放大、A/D转换处理后，数据通过以太网或USB接口模块传递到上位机，转换成光波长和应变、温度，上位机将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析；所述筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15-20个传感器。2.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量系统，其特征在于，ASE光源为1525nm-160...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙杉杉，王海勇，杨洋，陈威，敖飞平，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31