[发明专利]叶片飞脱冲击复合材料的光栅阵列多参量测量系统及测量方法

说明书

本发明涉及一种叶片飞脱冲击复合材料的光栅阵列多参量测量系统及测量方法，测量系统包括光栅阵列传感器、多参量信号解调仪、上位机PC和环形复合材料冲击实验装置，所述光栅阵列传感器包括沿环形复合材料冲击实验装置周向设置的位置上下对应的振动传感器、温度传感器、应变传感器；所述光栅阵列传感器将啁啾光栅阵列和超窄弱光栅阵列共用在一根单模光纤上；相邻啁啾光栅阵列构成一个振动传感器，所述振动传感器采用解调方式为相位解调；所述温度传感器与应力传感器由单个超窄弱光栅阵列组成，解调方式为波长解调。本发明可获取复合材料受冲击时的力学特性，测量精度高、覆盖范围广、响应速率快，极大地提高测量的效率。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，更具体地说，涉及一种叶片飞脱冲击复合材料的光栅阵列多参量测量方法。

背景技术

碳纤维复合材料层合板具有质量轻、强度高、韧性好等优点，被广泛应用于汽车、医疗器械、机械制造乃至航空航天等领域，但是由于其各向异性的特点使得其力学分析变得极为复杂。发动机叶片飞脱的潜在风险，也对其外部的包容性复合材料强度提出了更高要求，外部的包容性材料一旦受到冲击破坏，飞溅的碎片很可能对整个结构体造成严重损坏，并引发巨大的经济损失和社会安全问题，因此生产过程中需要进行叶片飞脱冲击实验。为了准确获取实验过程中的冲击信息，对复合材料表面破坏情况进行针对性分析，需要对振动、温度、应变等多个参量进行监测。为了获取这些参量，以往多采用电学传感器，但是这类传感器通常体积大，结构复杂，而且难以实现分布式测量。而叶片飞脱的方向具有不确定性，为了能够监测到准确的数据，需要将传感器遍布复合材料四周，给实验带来很大困难。

目前，冲击复合材料的测量方法有以下几种：1、中国专利(专利号CN201510438873.5)“复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统”中所介绍的复合材料冲击检测方法，采用在复合材料表面布置大量的压电传感器进行冲击检测，判断冲击位置，并且在检测过程中需要实时向传感网络反馈检测信号。该方法传感网络布置复杂，响应速率较慢，且压电传感器本身易受电磁干扰，也不具备防爆功能。2、中国专利(专利号CN201510634216.8)“一种复合材料在线健康监测系统和监测方法”中所介绍的复合材料健康检测方法，通过将光纤光栅预埋在复合材料内部的方式监测复合材料的损伤情况，具有测量精度高，响应速度快，抗电磁干扰等优点。但是该方法只能监测温度、应变这样的静态参量，而无法测量振动这种动态参量，测量能力有限，难以复合材料冲击实验需求。

当前叶片飞脱冲击复合材料实验的信号测量多采用电类传感器，但是由于电类传感器本身体积大，抗电磁干扰能力差，复用率低组网困难，使得其测量能力有限，区域定位精度低，普通的光纤光栅传感器也只能测得单一的物理量，难以满足碳纤维复合材料层合板的力学分析的实际需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种叶片飞脱冲击复合材料的光栅阵列多参量测量方法，本方法具有测量精度高、覆盖范围广、响应速率快等优点，可以极大地提高测量的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种叶片飞脱冲击复合材料的光栅阵列多参量测量系统，包括光栅阵列传感器、多参量信号解调仪、上位机PC和环形复合材料冲击实验装置，所述光栅阵列传感器包括沿环形复合材料冲击实验装置周向设置的位置上下对应的振动传感器、温度传感器、应变传感器；.

所述的光栅阵列传感器将啁啾光栅阵列和超窄弱光栅阵列共用在一根单模光纤上；

相邻两个啁啾光栅阵列构成一个振动传感器，所述振动传感器采用的解调方式为相位解调；

所述温度传感器与应力传感器由单个超窄弱光栅阵列组成，采用的解调方式为波长解调；

所述多参量信号解调仪内的宽带光源与窄带激光通过波分复用装置连接，为系统提供光源，所述光源经由掺铒光纤放大器放大后输出至光环形器的第一端口；

所述光环形器的第二端口连接光栅阵列传感器，所述光栅阵列传感器用于接收光环形器的第二端口传输的光脉冲，并产生反射光脉冲；