CN110220611A - 一种用于飞机过热探测的光纤传感系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光纤传感技术领域，具体指一种用于飞机过热探测的光纤传感系统；包括依次连接的光源、光环形器、信号处理单元和计算机，光环形器的第一端口与光源连接，光环形器的第三端口与信号处理单元连接；所述光环形器的第二端口上连接有传感光纤，传感光纤上刻写有若干组的低反射率FBG阵列，且若干低反射率FBG阵列以等距间隔的方式依次地分布在飞机的监测管线上；本发明结构合理，光纤传感具有灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰能力强、可分布式测量的优势；低反射率FBG阵列沿轴向分布在飞机监测管线上，通过对信号的解调与分析能够对飞机排气泄露引起的过热位置进行定位，实现飞机安全状况的在线实时监测。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体指一种用于飞机过热探测的光纤传感系统。
背景技术
飞机引气管路属于高温压力管道系统，在飞机运行过程中，环境恶劣，引气管路受腐蚀、外力作用、绝热层老化等因素的影响，会产生泄漏或者过热问题。这不仅会直接影响引气系统的能量、流量等参数的调节，同时也会对导管周围区域的结构、设备等带来安全隐患。
在飞机管道故障监测方面，国内外的许多专家取得了显著的研究成果，在实际的工程应用中主要使用热红外辐射技术，瞬态压力波法，示踪剂法和声学检漏技术，但这些方法存在诸多不足。比如传统的电类温度传感器热敏电阻线性度差、可靠性低、会有易燃易爆的危险、容易受到电磁干扰从而影响测量精度。
从现有文献看，目前光纤传感测量主要采用传统的FBG传感器，FBG是一种准分布式的测量，现有FBG测量技术很难实现对航空飞机管道气体泄漏进行高空间分辨率，快速响应的监测。目前现有光纤传感健康状况测量具有一定的技术瓶颈，现有拉曼散射和布里渊散射技术分辨率低，响应速度慢，分布式测量的困难；还有其系统稳定性差，价格昂贵，在飞机应用上存在困难。机体发生不规则振动和线缆温度不均性，使得对航空飞机管道气体泄漏的为温度测量困难。
因此，现有的技术有待改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单、响应速度快、安全性良好、可靠性高的用于飞机过热探测的光纤传感系统。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明所述的一种用于飞机过热探测的光纤传感系统,包括依次连接的光源、光环形器、信号处理单元和计算机，光环形器的第一端口与光源连接，光环形器的第三端口与信号处理单元连接；所述光环形器的第二端口上连接有传感光纤，传感光纤上刻写有若干组的低反射率FBG阵列，且若干低反射率FBG阵列以等距间隔的方式依次地分布在飞机的监测管线上。
根据以上方案，所述若干低反射率FBG阵列中的FBG光栅分别具有不同的中心波长，信号处理单元通过时分复用算法对若干低反射率FBG阵列进行定位。
根据以上方案，所述每组低反射率FBG阵列均包含了10个波长不同的FBG光栅，低反射率FBG阵列中相邻FBG光栅的分布间隔为10cm且相邻FBG光栅的波长间隔为4μm；所述信号处理单元通过波分复用算法对低反射率FBG阵列中的FBG光栅进行定位。
根据以上方案，所述传感光纤为耐高温有机涂层光纤，低反射率FBG阵列采用飞秒激光技术刻写在传感光纤上。
根据以上方案，所述传感光纤封装在毛细金属管中，且毛细金属管安装在飞机的监测管线上。
根据以上方案，所述计算机上设有数据处理软件和输出终端。
本发明有益效果为：本发明结构合理，光纤传感具有灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰能力强、可分布式测量的优势；低反射率FBG阵列沿轴向分布在飞机监测管线上，通过对信号的解调与分析能够对飞机排气泄露引起的过热位置进行定位，实现飞机安全状况的在线实时监测。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图中：
1、光源；2、光环形器；3、传感光纤；4、信号处理单元；5、计算机；31、低反射率FBG阵列；32、FBG光栅。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明的技术方案进行说明。
如图1所示，本发明所述的一种用于飞机过热探测的光纤传感系统,包括依次连接的光源1、光环形器2、信号处理单元4和计算机5，光环形器2的第一端口与光源1连接，光环形器2的第三端口与信号处理单元4连接；所述光环形器2的第二端口上连接有传感光纤3，传感光纤3上刻写有若干组的低反射率FBG阵列31，且若干低反射率FBG阵列31以等距间隔的方式依次地分布在飞机的监测管线上；光纤传感具有灵敏度高、本征安全、抗电磁干扰能力强、可分布式测量的优势；低反射率FBG阵列31沿轴向分布在飞机监测管线上，通过对反射信号的解调与分析能够对飞机排气泄露引起的过热位置进行定位。所述信号解调单元4基于波分复用和时分复用技术解调算法，具体来说是基于波长定位的算法，首先采集不同时延反射回的FBG光谱信号；再对采集得到的信号进行滤波去噪预处理；将得到的数据筛选后，得到的离散数据进入寻峰算法阶段，将离散数据进行高斯拟合得到高斯函数的峰值点，再进行非对称高斯拟合；最后将波长信号转化为温度信息，通过计算机5进行显示，实现飞机排气管道安全状况的实时监测。
所述若干低反射率FBG阵列31中的FBG光栅32分别具有不同的中心波长，信号处理单元4通过时分复用算法对若干低反射率FBG阵列31进行定位；所述低反射率FBG阵列31沿轴向分布在飞机监测管线上，光栅阵列串联的方式提高了监测点容量；FBG阵列1,FBG阵列2，…，FBG阵列n都包含不同中心波长的FBG光栅32，信号处理单元4可通过时分复用技术对不同的FBG阵列进行定位。
所述每组低反射率FBG阵列31均包含了10个波长不同的FBG光栅32，低反射率FBG阵列31中相邻FBG光栅32的分布间隔为10cm且相邻FBG光栅32的波长间隔为4μm；所述信号处理单元4通过波分复用算法对低反射率FBG阵列31中的FBG光栅32进行定位。
解调过程主要包括信号采集、预处理、特征提取和信号解调等步骤；信号采集是调用采集方法提取不同时延的低反射率FBG温度传感器返回的光谱信号；预处理包括对采集的原始光谱信号先进行去噪再信号分离,去噪目的是滤除高频噪声,提高信噪比,信号分离从光谱信号中获取FBG子光谱；特征提取包括从子光谱中提取布格拉布拉格波长；信号解调是先从布拉格波长转换为温度值,算法根据温度值确定当前的标定曲线。解调出的信号通过网络接口传输给计算机主机，计算机的模式识别软件分析系统首先根据预先设定将温度传感信号进行区分，计算出飞机检测管线上不同部位温度信息参数，实现整个链路上的温度趋势在线监测，保证飞机处于健康的运行状态。
所述传感光纤3为耐高温有机涂层光纤，低反射率FBG阵列31采用飞秒激光技术刻写在传感光纤3上；飞秒激光刻写光纤布拉格光栅是运用特种红外飞秒激光(800nm)刻制FBG光栅32，使传感系统在恶劣和特种的环境中依然可以稳定工作。
所述传感光纤3封装在毛细金属管中，且毛细金属管安装在飞机的监测管线上，毛细金属管封装方式可便于传感光纤3的安装，同时不影响其对温度响应的灵敏性。
所述计算机5上设有数据处理软件和输出终端。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (6)
1.一种用于飞机过热探测的光纤传感系统,其特征在于：包括依次连接的光源(1)、光环形器(2)、信号处理单元(4)和计算机(5)，光环形器(2)的第一端口与光源(1)连接，光环形器(2)的第三端口与信号处理单元(4)连接；所述光环形器(2)的第二端口上连接有传感光纤(3)，传感光纤(3)上刻写有若干组的低反射率FBG阵列(31)，且若干低反射率FBG阵列(31)以等距间隔的方式依次地分布在飞机的监测管线上。
2.根据权利要求1所述的用于飞机过热探测的光纤传感系统，其特征在于：所述若干低反射率FBG阵列(31)中的FBG光栅(32)分别具有不同的中心波长，信号处理单元(4)通过时分复用算法对若干低反射率FBG阵列(31)进行定位。
3.根据权利要求2所述的用于飞机过热探测的光纤传感系统，其特征在于：所述每组低反射率FBG阵列(31)均包含了10个波长不同的FBG光栅(32)，低反射率FBG阵列(31)中相邻FBG光栅(32)的分布间隔为10cm且相邻FBG光栅(32)的波长间隔为4μm；所述信号处理单元(4)通过波分复用算法对低反射率FBG阵列(31)中的FBG光栅(32)进行定位。
4.根据权利要求1所述的用于飞机过热探测的光纤传感系统，其特征在于：所述传感光纤(3)为耐高温有机涂层光纤，低反射率FBG阵列(31)采用飞秒激光技术刻写在传感光纤(3)上。
5.根据权利要求4所述的用于飞机过热探测的光纤传感系统，其特征在于：所述传感光纤(3)封装在毛细金属管中，且毛细金属管安装在飞机的监测管线上。
6.根据权利要求1所述的用于飞机过热探测的光纤传感系统，其特征在于：所述计算机(5)上设有数据处理软件和输出终端。
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