基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统技术方案

本发明专利技术公开了基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统，属于雷达罩的局部健康无损检测技术领域，针对现有雷达罩的局部健康检测发现损伤不及时，检测操作过程复杂，同时易带来雷达罩内部结构损伤，以至造成经济损失的问题，本发明专利技术提供基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统，通过对雷达罩包围式地预埋大量准分布式光纤光栅，全方位的监测雷达罩复合材料各位置实时应变情况，对传感器传来的应变、温度信息使用中央处理单元进行系统分析，判断出雷达罩是否发生局部损伤并报警，无论层间夹杂还是裂纹损伤都能有效识别，结果准确性高、定位精度好，可以实现对雷达罩的局部故障诊断和实时健康监测。的局部故障诊断和实时健康监测。的局部故障诊断和实时健康监测。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统


[0001]本专利技术涉及一种监测报警系统，特别涉及基于光纤光栅的机载雷达罩的 局部应变监测报警系统，属于机载雷达罩局部健康监测


技术介绍

[0002]航空飞行器的材料因操作条件或环境因素容易造成损伤，其机械性能会 显着降低。因此，飞机在服役过程中可能会出现脱粘分层、结构腐蚀、疲劳 裂纹等故障。由于复合材料的复杂情况，这种损伤往往从表面不可见，而这 可能导致灾难性的故障。过去，人们使用目视检查和其他无损检测方法(例 如超声波和X射线)来测量结构的一般状态。然而，这些方法是有局限的、 耗时的，而且一定程度上识别准确率取决于操作者的注意力和技能，开发一 种可以快速可靠地检查相对较大区域的健康监测方法，检测损坏的类型、位 置和严重程度，可以最大限度地减少因长时间停机和飞机退出维护而造成的 不便，可显着减少运输飞机的成本。
[0003]准分布式光纤光栅现已在隧道和桥梁等基础工程中有所应用，其拥有独 特的优点：尺寸小、灵敏度高、恶劣环境适应性强、耐高温和腐蚀、电磁绝 缘性好、易于组网、通信传输与传感一体化，显然，这种传感器也能适应航 空飞行器的复杂工作环境。同时，布拉格准分布式光纤光栅的传感技术也日 趋成熟，其在航空结构智能健康监测方面有着广阔的应用前景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警 系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于光纤光栅的机载雷达 罩的局部应变监测报警系统，所述监测报警系统包括：
[0006]监测单元：由布拉格光纤应变监测光纤和温度监测光纤组成；应变监测 光纤上均匀布置了大量布拉格应变传感器，温度监测光纤上均匀布置了大量 布拉格温度传感器，温度监测光纤除了监测雷达罩的温度外，还同时作为应 变监测光纤的温度补偿光纤，使得应变监测的结果更为准确；
[0007]中央处理单元：用于对监测单元的信号初步处理，根据温度监测光纤的 数据对应变监测光纤的数据进行温度补偿，把补偿后的应变数据传输给预警 单元；
[0008]预警单元：用于对应变和温度信号进行判断，利用机器学习算法识别雷 达罩局部状态异常，并在雷达罩某个局部的状态出现异常时，即时发出报警 信息；
[0009]数据传输模块：加载了无线通信模块；
[0010]将监测单元、中央处理单元、预警单元和数据传输模块有机组成一个整 体，使得飞机控制平台可以实时监测雷达罩的各项数据情况。
[0011]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述监测单元在雷达罩的局部均匀选 取m个位
置布置光纤，公式如下：
[0012][0013]在每10根应变监测光纤之间布置1根温度监测光纤，应变监测光纤有h根， 温度监测光纤有q根。
[0014]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述中央处理单元还用于将初步处理 后的温度、应变数据用云图直观展示给飞机控制平台，结合预警信息可以使 操作人员更快速直观得掌握飞机雷达罩受损情况。
[0015]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述中央处理单元接收监测单元的温 度监测光纤和应变测量光纤的数据，并依据下式计算应变变化值Δε：
[0016]ΔB＝T
k
ΔT+E
k
Δε，
[0017]式中ΔB为光纤中心频移变化值，T
k
为温度系数，ΔT为温度变化值，E
k
为 应变系数；
[0018]光纤传感器温度变化值ΔT是温度监测光纤捕获的雷达罩温度信号与光纤 传感器的标定温度之差。
[0019]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述预警单元搭载的机器学习算法为 向日葵优化算法(SFO)，对中央处理单元处理后的信号进行分析判断。
[0020]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述向日葵优化算法受向日葵捕捉太 阳辐射的运动启发，将损伤检测问题视为目标函数最小化的逆问题，还使用 来自雷达罩有限元仿真实验的模态数据。
[0021]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述向日葵优化算法可以把结构的各 项数据与结构状态联系起来，用监测到的雷达罩数据推算雷达罩状态，对各 类异常状态精确区分识别。
[0022]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述中央处理单元以及预警单元型号 均为西门子PLCcpu中央处理器。
[0023]作为本专利技术的一种优选技术方案，所述通信模块采用DTU无线通信模块 SCCM
‑
4G。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025]1.本专利技术基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统，本专利技术 的监测单元传感器尺寸小、灵敏度高、恶劣环境适应性强、耐高温和腐蚀、 电磁绝缘性好、易于组网、通信传输与传感一体化，非常适合航空飞行器的 复杂工作环境，本专利技术通过对雷达罩包围式地预埋大量准分布式光纤光栅， 能够实时准确便捷快速地监测雷达罩石英纤维的应变、温度,无论层间夹杂还 是裂纹损伤都能有效识别，结果准确性高、定位精度好，可以实现对雷达罩 的局部故障诊断和实时健康监测。同时检测过程不会破坏结构，属于无损检 测的一部分。
附图说明
[0026]图1是本专利技术所述基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统 的流程图；
[0027]图2是局部埋设光纤的示意图；其中O为温度监测光纤，Q为应变监测光 纤；
[0028]图3是图2的横截面示意图；其中W表示测量剖面的第4铺层。
具体实施方式
[0029]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有做 出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0030]请参阅图1
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3，本专利技术提供了基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测 报警系统的技术方案：
[0031]根据图1
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3所示，基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统， 监测报警系统包括：
[0032]监测单元：由布拉格光纤应变监测光纤和温度监测光纤组成；应变监测 光纤上均匀布置了大量布拉格应变传感器，温度监测光纤上均匀布置了大量 布拉格温度传感器，温度监测光纤除了监测雷达罩的温度外，还同时作为应 变监测光纤的温度补偿光纤，使得应变监测的结果更为准确；
[0033]中央处理单元：用于对监测单元的信号初步处理，根据温度监测光纤的 数据对应变监测光纤的数据进行温度补偿，把补偿后的应变数据传输给预警 单元；
[0034]预警单元：用于对应变和温度信号进行判断，利用机器学习算法识别雷 达罩局部状态异常，并在雷达罩某个局部的状态出现异常时，即时发出报警 信息；
[0035]数据传输模块：加载了无线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统，其特征在于，所述监测报警系统包括：监测单元：由布拉格光纤应变监测光纤和温度监测光纤组成；应变监测光纤上均匀布置了大量布拉格应变传感器，温度监测光纤上均匀布置了大量布拉格温度传感器，温度监测光纤除了监测雷达罩的温度外，还同时作为应变监测光纤的温度补偿光纤，使得应变监测的结果更为准确；中央处理单元：用于对监测单元的信号初步处理，根据温度监测光纤的数据对应变监测光纤的数据进行温度补偿，把补偿后的应变数据传输给预警单元；预警单元：用于对应变和温度信号进行判断，利用机器学习算法识别雷达罩局部状态异常，并在雷达罩某个局部的状态出现异常时，即时发出报警信息；数据传输模块：加载了无线通信模块；将监测单元、中央处理单元、预警单元和数据传输模块有机组成一个整体，使得飞机控制平台可以实时监测雷达罩的各项数据情况。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的机载雷达罩的局部应变监测报警系统，其特征在于，所述监测单元在雷达罩的局部均匀选取m个位置布置光纤，公式如下：在每10根应变监测光纤之间布置1根温度监测光纤，应变监测光纤有h根，温度监测光纤有q根。3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的机载雷达罩局部的应变监测系统，其特征在于，所述中央处理单元还用于将初步处理后的温度、应变数据用云图直观展示给飞机控制平台，结合预警信息可以使操作人员更快速直观得掌握飞机雷达罩受损情况。4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的机载雷达罩局部的应变监测系统，其特征在于，所述中央处理单元...

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