基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统技术方案

一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，最大程度地减小民机结构腐蚀探测系统的安装对飞机的原有结构造成的影响，且优选地，能自动化地实现飞机结构腐蚀程度监测、维修时间预测、报警等。所述民机结构腐蚀探测系统包括：传感探测系统(110)，其用于对飞机上的多个腐蚀部位的腐蚀程度进行探测，并且对应于每个腐蚀部位配置具有所述无源光纤传感器的芯层光纤(112)；数据传输系统(120)，其用于对由所述传感探测系统的所述无源光纤传感器探测到的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行储存；以及腐蚀监测系统(130)，其用于对从所述数据传输系统获取的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行分析，并能执行量化、监控、告警和指示动作。警和指示动作。警和指示动作。

【技术实现步骤摘要】
基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统


[0001]本专利技术涉及一种用于民用飞机的金属结构腐蚀传感探测系统。

技术介绍

[0002]飞机运营过程中，内部结构与大气、货物中的水汽、水及水中溶解的电解质长期接触，容易被腐蚀。另外，飞机内需拆卸检查的半封闭式结构，受限于操作空间和时间，通常每隔较长一段时间才会进行一次地面检测。当检测到腐蚀时，内部结构往往已形成了较为严重的腐蚀损伤，造成较大的材料更换成本、人工成本与时间成本。
[0003]为了避免情形的发生，现有技术中已开始使用下面不同种类的腐蚀探测器来探测内部结构是否被腐蚀。
[0004](1)电压腐蚀探测器
[0005]目前，飞机的腐蚀探测技术大多基于腐蚀缺口影响电压的原理，设计成电压腐蚀探测器等。此类电压腐蚀探测器的共同点是需要供电端口和示波器，若在机上安装在所有不易检查的部位，则需要对供电系统进行较大改动。另一方面，此类电压腐蚀探测器的电极片需直接铺贴在金属结构的表面，长期作业工况下，电极片的保护和校准程度都难以保证。
[0006](2)无源腐蚀探测器
[0007]除了电压腐蚀探测器之外，市场上存在使用无源(即，无电源)传感器的无源腐蚀探测器。无源传感器是一类适用于难供电区域的、不需要外接电源的传感器。最典型的一种是光纤传感器，它是一种在光纤表面镀上一层与目标结构相同的金属薄膜，以光信号作为探测介质的传感器。它的原理是：
[0008]当金属薄膜未发生腐蚀时，金属薄膜折射率高，光通过金属薄膜后内反射显著减小，信号接收器接收的光信号高阶振型弱；
[0009]当金属薄膜发生腐蚀时，芯层的光纤与折射率较低的空气、水汽及铝合金腐蚀产物接触，光通过金属薄膜后内反射减小程度减弱，信号接收器接收的光信号高阶振型增强；
[0010]信号接收器接收的光信号高阶振型增强的程度能表征光纤传感器金属薄膜的腐蚀程度，而金属薄膜的腐蚀程度则能反映该区域在此环境下的结构腐蚀程度。
[0011](3)集成了无源腐蚀探测器的腐蚀探测系统
[0012]无源光纤腐蚀传感器目前常见于建筑或是管道结构的腐蚀探测系统。
[0013]现有技术中，作为一个示例，例如在中国专利申请公开CN111879691A中公开了一种基于光纤表面等离子体共振的大气腐蚀性监测装置及方法，如图5所示，该大气腐蚀性监测装置通过光纤跳线5连接光源3、光纤传感器和光谱分析仪6，光纤传感器如图6所示包括传感光纤1和镀在传感光纤1包层外表面的抛磨区域的金属薄膜2，金属薄膜2腐蚀后，传感光纤1输出含薄膜表面等离子体共振波的光信号，通过光纤跳线5输入至光谱分析仪6，确定等离子共振波长及其对应的金属薄膜2厚度变化，并计算单位时间内金属薄膜2的金属腐蚀速率。
[0014]此外，现有技术中，作为另一个示例，例如在中国专利申请公开CN112986119A中公开了一种基于光纤光缆的管道腐蚀监测系统及方法，如图7所示，该管道腐蚀监测系统通过光纤光缆2连接宽带光源1、开放式传感器及其保护盒7、信号采集与处理系统8，金属丝6附着在光纤光缆2上，当金属丝6腐蚀时光信号变化，传感器连入信号采集与处理系统8，结合相应软件系统扫描传感器信号，进行检测并对数据进行记录，结合相应的算法得出金属丝6的腐蚀速率。
[0015]另外，现有技术中，作为又一个示例，例如在中国专利申请公开CN110118308B中公开了一种管道腐蚀状况检测装置及方法，如图8所示，该管道腐蚀状况检测装置包含：光缆2、检偏器3、信号处理器5、信号分析设备4。光发射器6发射的光信号通过分光器7分成多束光信号，不同频段的光信号分别受振动、应变、温度影响，到达多个信号处理器5，随后多个频段的偏振态信号和光信号被传输到信号分析设备4，信号分析设备4包含多个光电探测器11，接收偏振态信号和第二光信号，当偏振态信息不符合预设条件，信号分析设备4获取管道腐蚀部位的位置信息。
[0016]但是，在现有技术的无源光纤腐蚀监测系统中，均包括通过光纤跳线(光纤光缆或光缆)连接的光源、传感器、分析终端，并且需要将无源光纤腐蚀监测系统安装到飞机上，由此需要对飞机的原有结构进行大量改装，同时，无源光纤腐蚀监测系统的加装会使飞机重量明显增加。另外，对于一个飞机机队的每架飞机，每当进行腐蚀监测时，都需要反复在不同的飞机间进行无源光纤腐蚀监测系统的装拆，因此，监测效率低，不经济。
[0017]因此，如何设计一种无需对飞机的原有结构做大量改装且能高效地对具有多架飞机的飞机机队的飞机典型腐蚀部位进行高效监测和管理的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统，便成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0018]本专利技术为解决现有技术中存在的技术问题而作，其目的在于提供一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统，通过耦合了光纤传感探测系统、数据传输系统、腐蚀监测系统，最大程度地减小民机结构腐蚀探测系统的安装对飞机的原有结构造成的影响。
[0019]本专利技术的另一目的在于提供一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统，能自动化地实现飞机结构腐蚀程度监测、维修时间预测、报警等。
[0020]本专利技术的又一目的在于提供一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统，使用一套民机结构腐蚀探测系统便能对具有多架飞机的飞机机队的飞机典型腐蚀部位进行高效地监测和管理。
[0021]为了实现本专利技术的一个或多个目的，提供一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统，其特征是，包括：传感探测系统，所述传感探测系统设置于飞机上，用于对飞机上的多个腐蚀部位的腐蚀程度进行探测，并且对应于每个腐蚀部位配置具有所述无源光纤传感器的芯层光纤；数据传输系统，所述数据传输系统部分地设置于飞机上，用于对由所述传感探测系统的所述无源光纤传感器探测到的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行储存；以及腐蚀监测系统，所述腐蚀监测系统设置于飞机外，用于对经由所述数据传输系统从传感探测系统获取的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行分析，并能执行量化、监控、告警和指示动作。
[0022]较佳地，所述传感探测系统具有设置于飞机上的多个腐蚀部位处的多个激光放射器，并且多个激光放射器各自通过所述芯层光纤连接到飞机安装部位。其中，所述激光放射器例如是用于发射光信号的集成有小功率LED灯源的微型盒子。
[0023]更佳地，所述传感探测系统对应于每一个所述激光放射器和相应的每一根所述芯层光纤具有光源发射区、感应区、传递区和信号转化区，每一个所述激光放射器位于所述光源发射区内，每一根所述芯层光纤的一端靠近每一个激光放射器所在的所述光源发射区，另一端被插入到位于所述飞机安装部位的所述信号转化区，所述感应区和所述传递区位于所述芯层光纤的插入到所述光源发射区的端部与插入到所述信号转化区的端部之间的腐蚀部位所在的区域。
[0024]另外，每一根所述芯层光纤具有外层为金属薄膜的金属薄膜部和外层为包覆层的包覆部，所述金属薄膜部配置于所述感应区内，用于对所述感应区内的腐蚀部位处的金属腐蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，包括：传感探测系统(110)，所述传感探测系统(110)设置于飞机上，用于对飞机上的多个腐蚀部位的腐蚀程度进行探测，并且对应于每个腐蚀部位配置具有所述无源光纤传感器的芯层光纤(112)；数据传输系统(120)，所述数据传输系统(120)部分地设置于飞机上，用于对由所述传感探测系统(110)的所述无源光纤传感器探测到的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行储存；以及腐蚀监测系统(130)，所述腐蚀监测系统(130)设置于飞机外，用于对经由所述数据传输系统(120)从传感探测系统(110)获取的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行分析，并能执行量化、监控、告警和指示动作。2.如权利要求1所述的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，所述传感探测系统(110)具有设置于飞机上的多个腐蚀部位处的多个激光放射器(111)，并且多个激光放射器(111)各自通过所述芯层光纤(112)连接到飞机安装部位。3.如权利要求2所述的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，所述传感探测系统(110)对应于每一个所述激光放射器(111)和相应的每一根所述芯层光纤(112)具有光源发射区(110A)、感应区(110B)、传递区(110C)和信号转化区(110D)，每一个所述激光放射器(111)位于所述光源发射区(110A)内，每一根所述芯层光纤(112)的一端靠近每一个激光放射器(111)所在的所述光源发射区(110A)，另一端被插入到位于所述飞机安装部位的所述信号转化区(110D)，所述感应区(110B)和所述传递区(110C)位于所述芯层光纤(112)的插入到所述光源发射区(110A)的端部与插入到所述信号转化区(110D)的端部之间的腐蚀部位所在的区域。4.如权利要求3所述的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，每一根所述芯层光纤(112)具有外层为金属薄膜(X)的金属薄膜部(112
‑
X)和外层为包覆层(Y)的包覆部(112
‑
Y)，所述金属薄膜部(112
‑
X)配置于所述感应区(110B)内，用于对所述感应区(110B)内的腐蚀部位处的金属腐蚀程度进行感应，所述包覆部(112
‑
Y)配置于所述传递区(110C)内，用于传递光信号，所述芯层光纤(112)的位于所述感应区(110B)内的所述金属薄膜部(112
‑
X)构成所述无源光纤传感器。5.如权利要求2所述的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，所述激光放射器(111)是用于发射光信号的集成有小功率LED灯源的微型盒子。6.如权利要求1至5中任一项所述的基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，其特征在于，在所述飞机安装部位处，设置有作为所述数据传输系统(12...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈欣华，邓安涛，赵峻峰，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，
类型：发明
国别省市：