一种基于光栅的轮载信号检测方法与流程

1.本发明属于轮载信号检测的技术领域，具体涉及一种基于光栅的轮载信号检测方法。


背景技术：

2.光栅测量飞机起落架轮载信号的原理是利用光纤数字传感技术作为基础，其生产制作原理是：用激光照射加工法直接在单模石英光纤上制作敏感栅区，实现对应变、温度等物理量的准分布式测量。
3.光纤光栅属于反射型工作器件，当光源发出的连续宽带光通过传输光纤射入时，光栅与光波场发生耦合作用，并有选择地反射一个窄带光，并沿原传输光纤返回，其余宽带光则直接透射过去。反射回的窄带光的中心波长随着作用于光纤光栅的应变、温度等物理量变化而发生线性变化，从而使光纤光栅成为性能优异的应变测量敏感元件。
4.飞机轮载信号的判决取决于光纤光栅在飞机空载时起落架承载的应变，但是光纤光栅的应变会受到环境温度的影响，在环境温度变化跨度较大时，光纤光栅的应变受到的影响越大，则通过受到温度影响的应变判断轮载信号就越不准确。为了解决环境温度对光纤光栅应变的影响，本发明提供了一种基于光栅的轮载信号检测方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于光栅的轮载信号检测方法，通过光纤光栅的应变对轮载信号进行检测，同时对光纤光栅的应变进行温度补偿，避免最终检测结构受到环境温度影响。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.一种基于光栅的轮载信号检测方法，包括以下步骤：
8.步骤1、在轮载起落架的内侧与外侧之间分别设置三组双光纤光栅组，每组双光纤光栅组包括两个平行设置的双光纤光栅；在轮载起落架的外侧根部设置一组单光纤光栅组，所述单光纤光栅组包括两个平行设置的单光纤光栅；
9.步骤2、测量两个单光纤光栅在当前温度下的波长偏移量，根据单光纤光栅在当前温度下的波长偏移量建立温度
‑
波长偏移量补偿函数；
10.步骤3、测量每一个双光纤光栅在当前温度下的波长偏移量，并计算所有的双光纤光栅的波长偏移量平均值，根据步骤2中得到的温度
‑
波长偏移量补偿函数以及所有的双光纤光栅的波长偏移量平均值建立温度
‑
应变函数；
11.步骤4、测量当前轮载起落架所处的环境温度，并根据步骤3中得到的温度
‑
应变函数计算当前温度下双光纤光栅的应变，根据双光纤光栅的应变判断轮载信号是否有效。
12.当轮载起落架受到载荷时，通过外部光源照射平行设置的两个单光纤光栅，构成双余度检测。通过单光纤光栅本身直接检测在当前温度下反射光的波长值，同时在0℃时检测得到单光纤光栅在0℃时的反射光的波长值，当前温度下反射光的波长值与0℃时的反射
光的波长值的差值即为当前温度下单光纤光栅的反射光的波长偏移量。根据当前温度下的波长偏移量建立温度
‑
波长偏移量补偿函数，即建立温度与波长偏移量之间的关系。
13.在轮载起落架的内外两侧之间从上至下依次设置三组双光纤光栅组，每一组双光纤光栅组包括两个平行设置的双光纤光栅，构成双余度检测。测量每一个双光纤光栅在当前温度下的反射光的波长值，测量每一个双光纤光栅在0℃时反射光的波长值，当前温度下反射光的波长值与0℃时的反射光的波长值的差值即为当前温度下双光纤光栅的反射光的波长偏移量。根据每一个双光纤光栅在当前温度下的波长偏移量计算得到波长偏移量平均值，根据步骤2中得到的温度
‑
波长偏移量补偿函数以及所有的双光纤光栅的波长偏移量平均值建立温度
‑
应变函数，即建立温度与应变之间的关系。
14.在轮载起落架受到载荷时，测量双光纤光栅所处的环境温度，测量双光纤光栅在当前温度下的波长偏移量平均值，然后将环境温度与波长代偏移量平均值代入温度
‑
应变函数，进而计算得到在当前温度下的光纤光栅应变值，进而实现对光纤光栅应变值进行温度补偿修正，有效提高检测精度，最终通过修正后的光纤光栅应变值判断轮载信号是否有效。
15.需要说明的是，由于单光纤光栅与双光纤光栅均处于同一温度的外部环境中，且单光纤光栅与双光纤光栅的材质相同，工作原理相同，因此温度对单光纤光栅的影响等同于对双光纤光栅的影响。
16.为了更好的实现本发明，进一步地，步骤2中建立的温度
‑
波长偏移量补偿函数如下：
[0017][0018]
其中：t
ij
为第i通道中第j只光纤光栅的温度值；a
ij
为第i通道中第j只光纤光栅的二次项系数；b
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的一次项系数；c
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的常数项系数；δλ
i，j，t
为第i通道中第j只光纤光栅的波长偏移量；λ
i，j，t
为第i通道中第j只光纤光栅处于当前温度的波长值；λ
i，j，0
为第i通道中第j只光纤光栅处于0℃时的波长值。
[0019]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤3中建立的温度
‑
应变函数如下：
[0020][0021]
其中：ε
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的光纤光栅应变值；a
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的二次项系数；b
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的一次项系数；c
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的常数项系数；k
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的温度系数；δλ
i，jt
为第i通道中第j只光纤光栅的波长偏移量；为所有的单光纤光栅在当前温度下的光栅波长偏移量平均值。
[0022]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述步骤4中判断轮载信号有效的条件为：光纤光栅应变≥200με；判断轮载信号无效的条件为光纤光栅应变＜200με。
[0023]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述轮载起落架的内侧和外侧分别对应三组双光纤光栅组依次设置有第一组应变监测点组、第二组应变监测点组、第三组应变监测点组，所述应变监测点组包括对应双光纤光栅组的一端设置在轮载起落架外侧的外侧应变监测点与对应双光纤光栅组的另一端设置在轮载起落架内侧的内侧应变监测点，且外侧应变
监测点与内侧应变监测点关于轮载起落架的中垂线对称设置。
[0024]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述双光纤光栅包括设置有三段相互间隔的刻栅段的双光纤，对应第一组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1535nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1550nm的光栅；对应第二组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1540nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1555nm的光栅；对应第三组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1545nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1560nm的光栅。
[0025]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述双光纤光栅在1.5mpa的压力、130℃的条件下预埋安装在轮载起落架的复材内部，并在双光纤光栅的表面涂覆碳纳米涂覆层。
[0026]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述轮载起落架的外侧根部对应一组单光纤光栅组设置有偏移量监测点组，所述偏移量监测点组包括对应第一个单光纤光栅的第一偏移量监测点和对应第二个单光纤光栅的第二偏移量监测点，所述第一偏移量监测点与第二偏移量监测点对称设置。
[0027]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述单光纤光栅包括设置有三段相互间隔的刻栅段的单光纤，对应第一偏移量监测点的单光纤与对应第二偏移量监测点的单光纤均在第一段刻栅段以相同的刻栅方式刻出中心波长为1530nm的光栅。
[0028]
为了更好的实现本发明，进一步地，所述单光纤光栅在1.5mpa的压力、130℃的条件下预埋安装在轮载起落架的复材内部，并在单光纤光栅的表面涂覆丙烯酸酯涂覆层。
[0029]
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0030]
本发明通过在轮载起落架的内侧与外侧之间设置三组双光纤光栅组，在轮载起落架外侧根部设置一组单光纤光栅组，通过单光纤光栅组测量当前温度下光纤光栅反射光的波长偏移量，并通过波长偏移量建立温度
‑
波长偏移量补偿函数，进而建立了波长偏移量与环境温度之间的关系；同时通过双光纤光栅组测量当前温度下光纤光栅反射光的波长偏移量平均值，进而通过波长偏移量平均值与温度
‑
波长偏移量补偿函数建立温度
‑
应变函数，进而建立了光纤光栅的应变与环境温度之间的关系，通过温度
‑
应变函数计算当前环境温度下光纤光栅的应变，实现对应变进行温度补偿修正，有效避免环境因素对应变产生的影响，使得应变计算结构更加精确，并通过应变更加准确地判断轮载信号是否有效，保证了判断结果的准确性。
附图说明
[0031]
图1为本发明的流程步骤示意图；
[0032]
图2为光纤光栅的安装示意图；
[0033]
图3为光纤光栅的刻栅示意图。
具体实施方式
[0034]
实施例1：
[0035]
本实施例的一种基于光栅的轮载信号检测方法，如图1所示，包括以下步骤：
[0036]
步骤1、在轮载起落架的内侧与外侧之间分别设置三组双光纤光栅组，每组双光纤光栅组包括两个平行设置的双光纤光栅；在轮载起落架的外侧根部设置一组单光纤光栅组，所述单光纤光栅组包括两个平行设置的单光纤光栅；
[0037]
以轮载起落架的中垂线对轮载起落架进行划分，轮载起落架靠近机身的一侧为内侧，远离机身的一侧为外侧。在轮载起落架的内侧与外侧之间从上至下依次设置有三组双光纤光栅组，三组双光纤光栅组分别位于轮载起落架的顶部、中部、底部。每一组双光纤光栅组包括连个平行设置的双光纤光栅，每个双光纤光栅均从轮载起落架的外侧延伸至内侧。
[0038]
在轮载起落架的外侧靠近机身的根部位置设置有一组单光纤光栅组，通过将单光纤光栅组设置在轮载起落架靠近机身的根部位置，当轮载起落架受到载荷作用时，由于轮载起落架的根部位置受到载荷影响极小，因此因为外不再和引起的应变对于单光纤光栅组的影响可以忽略不计，使得后续建立的单光纤光栅的波长偏移量与环境温度的关系更加准确，单光纤光栅组包括两个平行设置的单光纤光栅。
[0039]
步骤2、测量两个单光纤光栅在当前温度下的波长偏移量，根据单光纤光栅在当前温度下的波长偏移量建立温度
‑
波长偏移量补偿函数；
[0040]
当轮载起落架在不同环境温度中使用时，单光纤光栅上反射光的波长变化也会受到环境温度的影响。通过两个单光纤光栅测量得到当前温度下反射光的波长，同时测量两个单光纤光栅在0℃时反射光的波长。当前温度下反射光的波长与0℃时反射光的波长的差值即为单光纤光栅在当前温度下的波长偏移量，通过测量得到的波长偏移量建立温度
‑
波长偏移量补偿函数。
[0041]
进一步的，所述步骤2建立的温度
‑
波长偏移量补偿函数如下：
[0042][0043]
其中：t
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的温度值；a
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的二次项系数；b
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的一次项系数；c
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的常数项系数；δλ
i，jt
为第i通道中第j只光纤光栅的波长偏移量；λ
i，j，t
为第i通道中第j只光纤光栅处于当前温度的波长值；λ
i，j，0
为第i通道中第j只光纤光栅处于0℃时的波长值。
[0044]
步骤3、测量每一个双光纤光栅在当前温度下的波长偏移量，并计算所有的双光纤光栅的波长偏移量平均值，根据步骤2中得到的温度
‑
波长偏移量补偿函数以及所有的双光纤光栅的波长偏移量平均值建立温度
‑
应变函数；
[0045]
通过平行设置的两个双光纤光栅构成双光纤光栅组，进而实现双余度检测。同时在轮载起落架的外侧与内侧之间从上至下依次设置三组双光纤光栅组，能够实现对轮载起落架上不同位置的应变进行全面监测，使得后续建立的温度
‑
应变函数更加准确。通过双光纤光栅测量当前温度下反射光的波长，同时通过双光纤光栅测量0℃时反射光的波长，当前温度下反射光的波长与0℃时反射光的波长即为当前温度下双光纤光栅的波长偏移量。通过采集所有的双光纤光栅的波长偏移量，进而计算得出波长偏移量的平均值。通过计算得出的波长偏移量的平均值以及步骤2中得到的温度
‑
波长偏移量补偿函数，进而建立温度
‑
应变函数。
[0046]
进一步的，所述步骤3中建立的温度
‑
应变函数如下：
[0047][0048]
其中：ε
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的光纤光栅应变值；a
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的二次项系数；b
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的一次项系数；c
i，j
为第i通道中第j只光纤光栅的常数项系数；k
ij
为第i通道中第j只光纤光栅的温度系数；δλ
i，j，t
为第i通道中第j只光纤光栅的波长偏移量；为所有的单光纤光栅在当前温度下的光栅波长偏移量平均值。
[0049]
步骤4、测量当前轮载起落架所处的环境温度，并根据步骤3中得到的温度
‑
应变函数计算当前温度下双光纤光栅的应变，根据双光纤光栅的应变判断轮载信号是否有效。
[0050]
进一步的，步骤4中判断轮载信号有效的条件为：光纤光栅的应变≥200με；判断轮载信号无效的条件为光纤光栅的应变＜200με。
[0051]
实施例2：
[0052]
本实施例在上述实施例1的基础上做进一步优化，如图2所示，所述轮载起落架的内侧和外侧分别对应三组双光纤光栅组依次设置有第一组应变监测点组、第二组应变监测点组、第三组应变监测点组，所述应变监测点组包括对应双光纤光栅组的一端设置在轮载起落架外侧的外侧应变监测点与对应双光纤光栅组的另一端设置在轮载起落架内侧的内侧应变监测点，且外侧应变监测点与内侧应变监测点关于轮载起落架的中垂线对称设置。
[0053]
第一组应变监测点组、第二组应变监测点组、第三组应变监测点组分别位于轮载起落架的顶部、中部、底部，进而实现对轮载起落架的全面覆盖，保证后续测量结果的准确性。
[0054]
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
[0055]
实施例3：
[0056]
本实施例在上述实施例1或2的基础上做进一步优化，所述双光纤光栅包括设置有三段相互间隔的刻栅段的双光纤，对应第一组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1535nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1550nm的光栅；对应第二组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1540nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1555nm的光栅；对应第三组应变监测点组处的两个双光纤光栅均在第二段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1545nm的光栅，在第三段刻栅段处以相同的刻栅方式刻出中心波长为1560nm的光栅。
[0057]
进一步的，所述双光纤光栅在1.5mpa的压力、130℃的条件下预埋安装在轮载起落架的复材内部，预埋成型时间≥6h，并在双光纤光栅的表面涂覆碳纳米涂覆层。采用一定压力将双光纤光栅压合安装在复材内部，能够使得双光纤光栅与复材紧密贴合，同时在双光纤光栅的表面涂覆碳纳米涂层对双光纤光栅进行保护，同时碳纳米涂层能够使得载荷均匀传递至双光纤光栅上，进而有效避免双光纤光栅发生双折射效应，进而保证后续检测数据的准确性。
[0058]
本实施例的其他部分与上述实施例1或2相同，故不再赘述。
[0059]
实施例4：
[0060]
本实施例在上述实施例1
‑
3任一项的基础上做进一步优化，所述轮载起落架的外侧根部对应一组单光纤光栅组设置有偏移量监测点组，所述偏移量监测点组包括对应第一个单光纤光栅的第一偏移量监测点和对应第二个单光纤光栅的第二偏移量监测点，所述第一偏移量监测点与第二偏移量监测点对称设置。
[0061]
所述单光纤光栅包括设置有三段相互间隔的刻栅段的单光纤，对应第一偏移量监测点的单光纤与对应第二偏移量监测点的单光纤均在第一段刻栅段以相同的刻栅方式刻出中心波长为1530nm的光栅。
[0062]
所述单光纤光栅在1.5mpa的压力、130℃的条件下预埋安装在轮载起落架的复材内部，预埋成型时间≥6h，并在单光纤光栅的表面涂覆丙烯酸酯涂覆层。采用一定压力将单光纤光栅压合安装在复材内部，能够使得单光纤光栅与复材紧密贴合，同时在单光纤光栅的表面涂覆丙烯酸酯涂覆层对单光纤光栅进行保护，同时丙烯酸酯涂覆层能够使得载荷均匀传递至单光纤光栅上，进而有效避免单光纤光栅发生双折射效应，进而保证后续检测数据的准确性。
[0063]
本实施例的其他部分与上述实施例1
‑
3任一项相同，故不再赘述。
[0064]
实施例5：
[0065]
本实施例在上述实施例1
‑
4任一项的基础上做进一步优化，将一组单光纤光栅组中的两个单光纤光栅编号为01和02，将三组双光纤光栅组中的六个双光纤光栅依次编号为03、04、05、06、07、08。
[0066]
则各个光纤光栅的刻栅如图3所示，刻栅参数如下表1：
[0067]
表1.刻栅参数表
[0068]
光纤光栅序号l1/mml2/mml3/mm0127752529002277515290032775052900427563528805267620280062606042730723748325008236467249
[0069]
本实施例的其他部分与上述实施例1
‑
4任一项相同，故不再赘述。
[0070]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。