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与流程

技术特征：
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。5.根据权利要求4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，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。6.根据权利要求5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，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；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。
7.根据权利要求6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，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；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。8.根据权利要求7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。9.根据权利要求8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，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。10.根据权利要求9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。

技术总结
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。本发明用于蒙皮应变与温度的实时监测。本发明用于蒙皮应变与温度的实时监测。本发明用于蒙皮应变与温度的实时监测。


技术研发人员：刘春川 傅康 宋馥鑫 陈涛 冯志伟
受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学
技术研发日：2021.07.20
技术公布日：2021/10/23