[发明专利]一种飞行器舱体预埋光纤传感器的方法

说明书

技术领域

本发明是一种飞行器舱体预埋光纤传感器的方法，实现飞行器光纤智能结构的目的，用于飞行器舱体结构的状态监测、损伤探测等。

背景技术

智能结构，就是在基体中嵌入或粘贴传感器，从而能感知自身的实际状态，实现动态或在线状态下自检测、自诊断、自监控、自修复及自适应等多种功能。其研究始于80年代，美国政府首先提出了开展此方面的研究，随后世界其他发达国家和地区都相继开展智能结构的研究。进人90年代，其在军事和民用领域中潜在的应用价值，已经引起人们的极大关注，智能结构的研究空前活跃。该技术的发展和应用意味着工程结构功能的增强、结构使用效率的提高、结构形式的优化及结构维护成本的降低。航空航天飞行器对结构性能日益增高的要求以及飞行任务复杂程度的逐渐上升等因素，使得智能结构的健康监测技术愈来愈显示出旺盛的生命力及重要性。

目前，可以用于智能结构的传感器的选择很多，常用的有压电陶瓷、电阻应变丝、超磁致伸缩薄膜及光纤等，其中光纤传感器由于其具有体积小、质量轻、强度高、弯曲性好、柔韧性好、不受电磁波干扰、不需外加电源、耐腐蚀、成本低等优点，且可方便的布设在壳体表面上构成监控网格，受到很多智能结构研究人员的青睐，逐步形成一个新的领域—光纤智能结构。例如波音公司的专利US7212696B2（Fiber Optic Damage Detection System For Composite Pressure Vessels）利用光时域反射技术（OTDR）在壳体表面布设或预埋少量的传感光纤，当传感光纤受到撞击断裂后通过探测和解调反射光回来的时间差并结合传感光纤与金属壳体的物理对应关系，可获得撞击位置坐标。另外，大量国外科研人员也利用光纤传感网格覆盖或植入飞行器舱体的方法实现对结构状态的监测，如专利US7212696B2、US7189959B1、US7406219B2、US7630591等。国内方面如北京航空航天大学的专利CN101776441A公开了一种实时在线的空间飞行器(空间站)壳体受撞击度与撞击定位测量系统，该系统基于分布式光纤传感器测量应力应变技术和空间飞行器壳体受撞击度与撞击定位技术，主要解决了如空间碎片撞击空间站等非毁灭性撞击的损伤探测。

上述专利均采用光纤智能结构应用于航空航天飞行器，实现了结构状态监测、损伤探测，显然光纤智能结构的实现方法是上述工程应用的前提。专利CN1598626A公开了一种智能材料与结构中的光纤智能夹层及制作工艺，用于光纤智能结构的健康监测技术，可探索复合材料结构的损伤机理与现象，研究复合材料结构的宏观力学性能与损伤之间的定量关系，建立结构损伤主动、在线和实时监测。但未涉及具体的工程应用如飞行器舱体实现光纤智能结构的方法。

发明内容

根据上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提出一种将光纤传感器预埋至飞行器壳体中的方法，使得飞行器壳体结构表面形成连续的光纤传感网络，具有实时检测功能，实现对飞行器壳体结构的状态全面监测，如力学性能、温度特性及损伤情况等。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：飞行器舱体（1）结构表面预先开设经度光纤凹槽（2）、纬度光纤凹槽（3），并在飞行器舱体（1）结构两端预留经度入舱孔（4），在圆周上设置分散独立的纬度入舱孔（5），将经度或纬度光纤传感器（11）按顺序依次放入相应的经度或纬度光纤凹槽（10）中，并用粘胶剂（12）填充固定，达到飞行器独立舱体表面形成光纤传感器网络（8）的目的。经度或纬度光纤传感器在飞行器舱体表面预埋之后，均通过入舱孔进入舱段内部，利用光纤连接器进行集束。飞行器相邻舱段采取相同的预埋方法，通过光纤连接器（7）接插相连，实现多舱段光纤传感器（11）互联互通，达到飞行器壳体整体预埋光纤传感器的目的。

所述不同位置的经度光纤传感器（11）可借助两端的纬度光纤凹槽（3）导向汇集到相应的经度入舱孔（4）中；壳体表面的经度光纤传感器（11）在舱段两端汇集成集束光缆（6），从经度入舱孔（4）进入舱段内部集中到舱段两端的光纤连接器（7）上；壳体表面的纬度光纤传感器（11）从纬度入舱孔（5）进入舱段内部集中到舱段两端的光纤连接器（7）上。

所述光纤传感网络（8）中任意两根相邻经度或纬度方向的光纤传感器（11）间距可根据测量精度要求进行调整，间距越小对应测量精度越高。