CN105987876A - 检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型fbg传感器及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器及方法，包括光纤、铝合金膜、数据采集仪，其特征是：所述光纤外部镀有铝合金膜，所述光纤与数据采集仪连接，所述光纤为光纤布拉格光栅光纤，所述铝合金膜与光纤布拉格光栅光纤中光栅的位置相对应，且铝合金膜的长度大于光纤布拉格光栅光纤中光栅的长度，所述数据采集仪为FBG传感器数据采集仪，所述铝合金膜为LC4CS铝合金膜，且LC4CS铝合金膜的厚度大于10微米，本发明通过在FBG光纤栅区直接镀膜，实现对飞机特定材料的腐蚀监测，避免人工检查的不确定性和误差，达到提高飞机的使用可靠性的目的。

Description

检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型 FBG 传感器及方法

技术领域：

本发明涉及一种铝材腐蚀检测装置，特别是涉及一种检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器及方法。

背景技术：

目前飞机中关键承力结构为金属材料，且大部分结构为铝合金。飞机在使用中范围、区域广，包括地面停放、中低空飞行和高空飞行等，在地面停放和中低空飞行时，大气污染严重，空气中的水分、硫化物和其他盐类都将对金属结构产生腐蚀，尤其是铝合金结构，如果是因为高应力的作用或其他原因导致防护层出现裂纹，使腐蚀环境与铝合金材料直接接触，则腐蚀加剧，特别是对晶间腐蚀敏感的LC4CS型材。在极端情况下结构防护系统不完善，密封与排水性能不好，造成结构局部长期积水，会进一步加速腐蚀，以至于发生一些突发性事故。当前在机务工作中对飞机腐蚀检查、控制的一般是靠地勤人员，它具有简单、直接的优点，但随着飞机结构的日趋复杂、很多部位可达性不好，且表面有漆层等覆盖，靠人工来检查具有很强的不确定性，且人工检查必然会伴随着因知识能力不足造成的失误和人为的各种误差。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单，通过在FBG光纤栅区直接镀膜，实现对飞机特定材料的腐蚀监测，避免人工检查的不确定性和误差，提高飞机的使用可靠性的检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器及方法。

本发明的技术方案是：一种检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器，包括光纤、铝合金膜、数据采集仪，所述光纤外部镀有铝合金膜，所述光纤与数据采集仪连接，所述光纤为光纤布拉格光栅光纤，所述铝合金膜与光纤布拉格光栅光纤中光栅的位置相对应，且铝合金膜的长度大于光纤布拉格光栅光纤中光栅的长度。

所述数据采集仪为FBG 传感器数据采集仪，所述铝合金膜为LC4CS铝合金膜，且LC4CS铝合金膜的厚度大于10微米。所述数据采集仪与数据分析处理装置连接。

一种检测铝材腐蚀的方法，把权利要求1-3任一项中所述的栅区直接镀膜型FBG传感器随被监测铝材或被监测铝材构成的结构件一起固定使用，铝合金膜在锈蚀作用下产生剥离或点蚀，利用铝合金的热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数，和镀膜时的高温与成膜后低温的变换，实现常温中铝合金膜对FBG光纤光栅的预压应力，随着铝合金膜表面层的材料逐渐减少，铝合金膜和厚度减小，其对光栅产生的预压应力也随之减小，使其光栅的中心波长发生偏移，FBG 传感器数据采集仪把偏移量传输给数据分析处理装置处理，消除温度的影响，实现对铝材腐蚀的监控。

所述铝材为LC4CS铝材，所述消除温度的影响通过采用光纤光栅温度补偿的方法实现。所述改变栅区直接镀膜型FBG传感器中铝合金膜的厚度，调节栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度。

所述铝合金膜的厚度较大时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较低；所述铝合金膜的厚度较小时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较高。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过在FBG光纤栅区直接镀膜，实现对飞机特定材料的腐蚀监测，避免人工检查的不确定性和误差，达到提高飞机的使用可靠性的目的。

2、本发明在镀膜时改变栅区直接镀膜型FBG传感器中铝合金膜的厚度，调节栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度，便于达到合适检测腐蚀灵敏度。

3、本发明采用光纤布拉格光栅光纤，用光纤传输代替电线传输，速度快，准确度高，解决了信号传输过程中的损耗和容易受电磁噪声的干扰的问题。

4、本发明利用铝合金的热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数，和镀膜时的高温与成膜后低温的变换，实现常温中铝合金膜对FBG光纤光栅的预压应力，再利用光纤布拉格光栅光纤对应变力的检测特性，实现了对铝材腐蚀的检测。

附图说明：

图1为检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器的结构示意图。

图2为检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器局部结构示意图。

图3为检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器的镀膜步骤。

具体实施方式：

实施例：参见图1、图2、图3，图中，1-光纤、2-铝合金膜、3-光栅、4-纤芯、5-数据采集仪、6-数据分析处理装置。

检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器：包括光纤1、铝合金膜2、数据采集仪5，光纤1外部镀有铝合金膜2，光纤1与数据采集仪5连接，光纤1为光纤布拉格光栅光纤，铝合金膜2与光纤布拉格光栅光纤中光栅3的位置相对应，且铝合金膜2的长度大于光纤布拉格光栅光纤中光栅3的长度。

数据采集仪5为FBG 传感器数据采集仪，铝合金膜2为LC4CS铝合金膜，且LC4CS铝合金膜的厚度大于10微米。数据采集仪5与数据分析处理装置6连接。

检测铝材腐蚀的方法，把权利要求1-3任一项中所述的栅区直接镀膜型FBG传感器随被监测铝材或被监测铝材构成的结构件一起固定使用，铝合金膜2在锈蚀作用下产生剥离或点蚀，利用铝合金的热膨胀系数大于光纤1的热膨胀系数，和镀膜时的高温与成膜后低温的变换，实现常温中铝合金膜2对FBG光纤光栅3的预压应力，随着铝合金膜2表面层的材料逐渐减少，铝合金膜2的厚度减小，其对光栅3产生的预压应力也随之减小，使其光栅2的中心波长发生偏移，FBG 传感器数据采集仪把偏移量传输给数据分析处理装置6处理，消除温度的影响，实现对铝材腐蚀的监控。

铝材为LC4CS铝材，消除温度的影响通过采用光纤光栅温度补偿的方法实现。改变栅区直接镀膜型FBG传感器中铝合金膜2的厚度，调节栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度。

铝合金膜2的厚度较大时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较低；铝合金膜2的厚度较小时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较高。

光纤布拉格光栅光纤镀膜过程：

对光纤布拉格光栅光纤表面进行预处理，保证膜层的完整、均匀，利用机械外力除去光纤布拉格光栅处起保护作用的涂覆层，长度约为2 cm～3 cm，用浸有酒精的无尘纸擦拭数次，去除表面的杂质与油脂，保持处理后的光纤表面干净无杂质、干燥，采用磁偏转式电子束真空镀膜机进行镀铝合金膜2，镀铝合金膜2前将不需要镀铝合金膜2的地方用锡纸包裹，起隔离作用，将预处理后的光纤布拉格光栅光纤整齐地固定在专用的样品架上，用盖板保护光纤布拉格光栅光纤的尾纤，使光纤布拉格光栅光纤中去涂覆层的部分位于悬空状态，镀膜三小时，镀好铝合金膜2的光纤布拉格光栅光纤由于温度较高，外部有金属束缚，其脆性会增加，易折断，应当小心去除锡纸。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，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、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.一种检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器，包括光纤、铝合金膜、数据采集仪，其特征是：所述光纤外部镀有铝合金膜，所述光纤与数据采集仪连接，所述光纤为光纤布拉格光栅光纤，所述铝合金膜与光纤布拉格光栅光纤中光栅的位置相对应，且铝合金膜的长度大于光纤布拉格光栅光纤中光栅的长度。

2.根据权利要求1所述的检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器，其特征是：所述数据采集仪为FBG 传感器数据采集仪，所述铝合金膜为LC4CS铝合金膜，且LC4CS铝合金膜的厚度大于10微米。

3.根据权利要求1所述的检测铝材腐蚀的栅区直接镀膜型FBG传感器及方法，其特征是：所述数据采集仪与数据分析处理装置连接。

4.一种检测铝材腐蚀的方法，其特征是：把权利要求1-3任一项中所述的栅区直接镀膜型FBG传感器随被监测铝材或被监测铝材构成的结构件一起固定使用，铝合金膜在锈蚀作用下产生剥离或点蚀，利用铝合金的热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数，和镀膜时的高温与成膜后低温的变换，实现常温中铝合金膜对FBG光纤光栅的预压应力，随着铝合金膜表面层的材料逐渐减少，铝合金膜和厚度减小，其对光栅产生的预压应力也随之减小，使其光栅的中心波长发生偏移，FBG 传感器数据采集仪把偏移量传输给数据分析处理装置处理，消除温度的影响，实现对铝材腐蚀的监控。

5.根据权利要求4所述的检测铝材腐蚀的方法，其特征是：所述铝材为LC4CS铝材，所述消除温度的影响通过采用光纤光栅温度补偿的方法实现。

6.根据权利要求4所述的检测铝材腐蚀的方法，其特征是：所述栅区直接镀膜型FBG传感器中铝合金膜厚度的调节，改变栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度。

7.根据权利要求6所述的检测铝材腐蚀的方法，其特征是：所述铝合金膜的厚度较大时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较低；所述铝合金膜的厚度较小时，栅区直接镀膜型FBG传感器对腐蚀的灵敏度较高。