基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法技术

一种基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，属于复合材料蒙皮健康监测技术领域。本发明专利技术为解决现有复合材料机翼蒙皮状态监测中，无法实现蒙皮内部损伤的实时监测的问题。包括：对每个传感元件的中心波长进行标定；将宽带光打入到每个传感元件内，每个传感元件采集到的光信号经光纤传导至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据应变传感器的光中心波长测量值和温度补偿传感器的光中心波长测量值以及相应传感元件的标定中心波长进行计算，获得每个应变传感器所在蒙皮位置处的应变信号，根据应变信号确定蒙皮结构健康状态。本发明专利技术用于蒙皮应变与温度的实时监测。本发明专利技术用于蒙皮应变与温度的实时监测。本发明专利技术用于蒙皮应变与温度的实时监测。

【技术实现步骤摘要】
基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法


[0001]本专利技术涉及基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，属于复合材料蒙皮健康监测


技术介绍

[0002]飞机机翼是飞机的重要结构部件之一,在长期飞行过程中，由于风雨的侵蚀以及鸟类的撞击，机翼蒙皮结构极易发生损坏。最常见的损坏形式有裂纹，蒙皮脱落等；对于复合材料蒙皮，还可能发生层与层之间的脱胶。这些损伤会严重影响飞机的飞行安全。
[0003]因此，对飞机复合材料机翼蒙皮进行实时健康监测，具有十分重要的现实意义。目前比较常见的蒙皮结构健康状态监测方法有X射线检测法和红外热成像技术等，这类方法的监测过程繁琐，并且不能长时间的，实时的进行监测。
[0004]光纤光栅传感器由于具有灵敏度高、体积小、多点测量、抗腐蚀、抗电磁扰能力强等特点，而适用于机翼蒙皮结构的实时监测。例如可将光纤光栅传感器粘贴在机翼外表面用于监测蒙皮的应变，弯矩等，但是仍然无法实现对蒙皮内部损伤的实时监测。

技术实现思路

[0005]针对现有复合材料机翼蒙皮状态监测中，无法实现蒙皮内部损伤的实时监测的问题，本专利技术提供一种基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法。
[0006]本专利技术的一种基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，包括，
[0007]在每个机翼复合材料蒙皮结构第8与第9层或第9与第10层的夹层内，埋设8到12条光纤形成准分布式光纤光栅；每条光纤上依次间隔20cm～30cm设置n+2个传感元件，n+2个传感元件包括n个应变传感器和两个温度补偿传感器，两个温度补偿传感器位于光纤的两个三等分点上；所述n为大于9的整数；
[0008]所述监测方法包括：
[0009]对每个传感元件的中心波长进行标定；
[0010]将宽带光打入到每个传感元件内，每个传感元件采集到的光信号经光纤传导至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据应变传感器的光中心波长测量值和温度补偿传感器的光中心波长测量值以及相应传感元件的标定中心波长进行计算，获得每个应变传感器所在蒙皮位置处的应变信号，根据应变信号确定蒙皮结构健康状态。
[0011]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，对每条光纤上每个光栅设定不同的敏感波段；根据光中心波长测量值所在区间确定相应传感元件对应光栅的位置，根据所述应变信号确定对应光栅处蒙皮结构健康状态。
[0012]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0013]每个应变传感器所在蒙皮位置处的应变信号的计算方法包括：
[0014]ε＝(Δλ1‑
Δλ2)/α
ε
，
[0015]式中ε表示光纤光栅解调仪计算获得的应变信号，Δλ1表示应变传感器的光中心
波长测量值与标定中心波长的差值，Δλ2表示温度补偿传感器的光中心波长测量值与标定中心波长的差值，所述温度补偿传感器为与当前应变传感器处于同一条光纤上，且距离当前应变传感器距离更近的温度补偿传感器；α
ε
表示应变敏感系数。
[0016]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0017]根据光纤光栅解调仪输出的所有应变信号判断应变传感器是否有缺失，若应变信号的个数为n个，则所有应变传感器正常工作；若应变信号的个数小于n个，则判定应变传感器有缺失；根据光中心波长测量值所在区间确定缺失应变传感器所在的光纤及所在光纤的光栅位置。
[0018]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0019]在判定应变传感器无缺失的前提下，若所有应变信号处于预设的应变稳定区间，则判定机翼处于正常工作状态。
[0020]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0021]若存在应变信号超出预设应变稳定区间，则判定相应应变传感器在不同采集周期的应变变化速度，若应变变化速度超出预设应变最大变化率值区间，且应变信号持续增大或减小，判定相应位置的蒙皮发生破损；
[0022]若超出预设应变稳定区间的应变信号在10s后回归到应变稳定区间，则判定机翼处于正常工作状态。
[0023]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0024]若存在应变信号超出预设应变稳定区间，但应变变化速度处于预设应变最大变化率值区间，则判断应变信号是否超出最大应变阈值，若是，判定蒙皮材料为失效状态；
[0025]若应变信号未超过最大应变阈值，则判断应变信号在不同采集周期是否持续增大或减小，若是，判定蒙皮存在故障；否则，判断10s后应变信号是否回归到预设应变稳定区间，若是判定机翼处于正常工作状态，否则，判定蒙皮存在故障。
[0026]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0027]每个机翼复合材料蒙皮结构上，所有光纤的首端处于机翼末端蒙皮轮廓线的8到12等分点上，所有光纤的尾纤由机翼首端蒙皮轮廓线的8到12等分点上引出至光纤光栅解调仪。
[0028]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0029]两个机翼上所有光纤的尾纤通过集线箱集线后连接至光纤光栅解调仪。
[0030]根据本专利技术的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，
[0031]每条光纤及相应的传感元件封装在毛细管中，埋设在蒙皮结构的夹层内。
[0032]本专利技术的有益效果：本专利技术将光纤光栅测量与复合材料蒙皮健康监测技术相融合。将准分布式光纤光栅传感器预埋内复合材料蒙皮结构里，不仅能监测蒙皮内部的力学信号，还可以实现对蒙皮结构出现裂纹损伤以及裂纹拓展等典型损伤进行实时监测与预警。
[0033]本专利技术方法将传感器设置于蒙皮的夹层内部，可用于实时对蒙皮的健康状态进行监测，监测结果准确，可及时发现蒙皮状态的异常，从而保证飞机的飞行安全。
[0034]本专利技术实现了对机翼复合材料蒙皮应变与温度的实时监测，可大幅提高飞机蒙皮结构的可靠性与安全性。
附图说明
[0035]图1是本专利技术所述准分布式光纤光栅在机翼蒙皮中的预埋示意图；图中1表示机翼蒙皮，2表示应变传感器，3表示温度补偿传感器，4表示光纤，5表示集线箱；
[0036]图2是光纤在机翼蒙皮中埋设的截面图；图中A表示机翼蒙皮上表面，B表示机翼蒙皮下表面，C表示光纤引出端；
[0037]图3是基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测的系统图；
[0038]图4是本专利技术方法的具体实施工作流程图；图中Y表示是，N表示否。
具体实施方式
[0039]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，其特征在于包括，在每个机翼复合材料蒙皮结构第8与第9层或第9与第10层的夹层内，埋设8到12条光纤形成准分布式光纤光栅；每条光纤上依次间隔20cm～30cm设置n+2个传感元件，n+2个传感元件包括n个应变传感器和两个温度补偿传感器，两个温度补偿传感器位于光纤的两个三等分点上；所述n为大于9的整数；所述监测方法包括：对每个传感元件的中心波长进行标定；将宽带光打入到每个传感元件内，每个传感元件采集到的光信号经光纤传导至光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪根据应变传感器的光中心波长测量值和温度补偿传感器的光中心波长测量值以及相应传感元件的标定中心波长进行计算，获得每个应变传感器所在蒙皮位置处的应变信号，根据应变信号确定蒙皮结构健康状态。2.根据权利要求1所述的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，其特征在于，对每条光纤上每个光栅设定不同的敏感波段；根据光中心波长测量值所在区间确定相应传感元件对应光栅的位置，根据所述应变信号确定对应光栅处蒙皮结构健康状态。3.根据权利要求1或2所述的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，其特征在于，每个应变传感器所在蒙皮位置处的应变信号的计算方法包括：ε＝(Δλ1‑
Δλ2)/α
ε
，式中ε表示光纤光栅解调仪计算获得的应变信号，Δλ1表示应变传感器的光中心波长测量值与标定中心波长的差值，Δλ2表示温度补偿传感器的光中心波长测量值与标定中心波长的差值，所述温度补偿传感器为与当前应变传感器处于同一条光纤上，且距离当前应变传感器距离更近的温度补偿传感器；α
ε
表示应变敏感系数。4.根据权利要求3所述的基于准分布式光纤光栅的机翼蒙皮结构健康状态监测方法，其特征在于，根据光纤光栅解调仪输出的所有应变信号判断应变传感器是否有缺失，若应变信号的个数为n个，则所有应变传感器正常工作；若应变信号的个数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘春川，傅康，宋馥鑫，陈涛，冯志伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：