CN113029405B - 基于光纤应变组合桥路的桨叶弯矩解耦与标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤应变组合桥路的桨叶弯矩解耦与标定方法，属于结构健康监测技术领域。包括以下步骤，步骤一：传感器网络布置；步骤二：测量桨叶剖面预扭角并实现挥舞弯矩解耦；步骤三：计算挥舞弯矩标定参量△λ _挥对桨叶挥舞弯矩进行标定；步骤四：计算耦合系数C，选择桨叶结构摆振弯矩传感器最佳解耦组合桥路；步骤五：计算摆振弯矩标定参量△λ _摆对桨叶摆振弯矩进行标定。本发明所述方法通过获取光纤Bragg光栅传感器中心波长偏移量特征参量组合△λ _挥和△λ _摆，能够实现挥舞与摆振弯矩解耦并成功运用于挥舞与摆振弯矩标定。

Description

基于光纤应变组合桥路的桨叶弯矩解耦与标定方法

技术领域

本发明属于结构健康监测的弯矩监测技术领域，具体提出了一种基于光纤Bragg光栅传感器的直升机桨叶结构挥舞弯矩与摆振弯矩解耦与标定方法。

背景技术

随着现代工业设备逐渐朝着自动化方向发展，为满足机械设备性能指标要求，叶片类旋转结构不断向高转速、高承载、高强度、柔性化及轻量化的方向发展，现代新型直升机对于桨叶结构设计要求也越来越高，其安全性及可靠性问题引起高度重视。直升机桨叶作为直升机起飞悬停的主要承载与提供升力的结构，其服役状态的稳定性直接关系着直升机飞行安全，需研究桨叶结构载荷测量技术对直升机桨叶结构在服役状态下的受载情况进行实时监测，为直升机飞行安全性评估及服役寿命预测提供依据。

以往试验研究中，直升机桨叶类旋转叶片一般是采用传统应变片来获取结构应变参数，基本流程是将应变片粘贴于桨叶结构表面，采集直升机模拟飞行状态下单个节点的应变响应信号。起初信号传输是基于集流环系统，可实现旋转桨叶电信号传输，之后将无线电Wi-Fi无线传输技术与应变测量结合，形成了一套适用于旋转桨叶结构的无线电遥测动态应变测试分析系统。采用传统电阻应变片对直升机桨叶动态应变测量存在一定缺陷，在直升机服役过程中，电阻应变片易受电磁干扰造成测量数据错误或缺失。为获得桨叶结构整体应变分布状态，需要配置较多应变片及传输线缆组成应变测量桥路，桥路接线工作量大且布线成本较高。同时，桨叶结构布设过多传输电缆可能会改变直升机桨叶自身结构刚度，影响桨叶表面气动特性，无法满足直升机桨叶服役状态下应变与弯矩载荷长期监测需求。

因此，针对直升机桨叶工作环境恶劣，外界干扰较多的特点，选择使用非光电的接触式测量方法，并且选择相对先进且技术日趋成熟的光纤Bragg光栅传感器为测试元件。与传统传感器相比，光纤Bragg光栅传感器具有多参量测量、传输纤线纤芯细、质量轻、体积小、抗拉刚度强、耐高温、耐腐蚀、集信号传感与传输一体化、抗电磁干扰且易于构成空分/波分复用型监测阵列等独特优点。由于桨叶剖面的不对称性，在实际弯矩状态监测过程中挥舞弯矩和摆振弯矩会存在耦合问题，针对目前桨叶弯矩状态监测方法的不足，需要研究无需大量先验知识、简单快速、方便可靠、实用性强的新方法。为此，本发明提出了一种基于光纤Bragg光栅传感器的桨叶结构挥舞/摆振弯矩解耦与标定方法。

发明内容

发明目的：针对传统应变片对直升机桨叶结构弯矩载荷测量易受外界干扰问题，本发明提供一种基于光纤Bragg光栅传感器的直升机桨叶结构挥舞/摆振弯矩解耦与标定方法。该方法采用光纤Bragg光栅传感器感知桨叶典型剖面结构表面弦向不同位置在挥舞与摆振弯矩载荷下的中心波长响应信号，通过不同传感器组合运算，实现挥舞与摆振弯矩解耦并提供一种挥舞与摆振弯矩标定方程计算方法。根据此方法可以分别可以实现桨叶挥舞和摆振弯矩解耦，在旋转飞行状态下分别对挥舞和摆振弯矩载荷进行测量。

技术方案：为实现上述目的，本发明的所采用的技术方案包括以下步骤：

一种基于光纤应变组合桥路的桨叶弯矩解耦与标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：桨叶结构光纤Bragg光栅传感器网络布置；具体为：

桨叶传感网络布局分为挥舞弯矩解耦布局与摆振弯矩解耦布局，其中用于挥舞弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器FBG1和FBG2分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面的上、下表面距翼型后缘1/4弦线对称位置；用于摆振弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器除FBG1和FBG2外还包括分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘1～10mm弦线对称位置的FBG3和FBG5，以及分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘11～20mm弦线对称位置的FBG4和FBG6。上述光纤Bragg光栅传感器粘贴方向均平行于桨叶展向以获取桨叶结构展向应变，以此构成桨叶传感器网络，光纤Bragg光栅传感器粘贴位置所对应剖面即为桨叶结构弯矩待测剖面；

步骤二：采集摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，测量桨叶剖面预扭角以实现挥舞弯矩解耦；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，调整桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角为θ，采用翼型夹具下方悬挂标准砝码方式对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，依次改变夹角θ，分别记录同加载不同夹角θ条件下光纤Bragg光栅传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量△λ₁与△λ₂；

上、下表面FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差与夹角θ为线性关系，表达式为：

θ＝kΔλ₁₂+b (1)

式中△λ₁₂＝△λ₁-△λ₂，为FBG1与FBG2中心波长偏移量之差，k为拟合系数，b为拟合曲线截距。通过上述试验测量结果，当两个光纤Bragg光栅传感器中心波长偏移量之差△λ₁₂为0时，得到对应角度θ即拟合曲线截距b为待测桨叶预扭角θ₀；

步骤三：挥舞方向分级加载作用下采集光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，计算挥舞弯矩标定参量△λ_挥对桨叶挥舞弯矩进行标定；具体为：

将标定旋转台旋转90°使得桨叶根部剖面与水平面夹角大小为预扭角θ₀，此时待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，桨叶挥舞标定加载产生的挥舞弯矩为：

M_挥＝m_挥gL (2)

式中L为挥舞载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，该偏移量之差数值仅由剖面挥舞弯矩M_挥产生。桨叶结构剖面挥舞弯矩与桨叶表面FBG传感器中心波长偏移量△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数。令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面挥舞弯矩与FBG1传感器中心波长偏移量△λ₁及FBG2传感器中心波长偏移量△λ₂关系分别为：

M_挥＝K₁Δλ₁ M_挥＝K₂Δλ₂ (4)

用于标定挥舞弯矩的FBG传感器波长参量△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，其中：

与上述试验方法相同，分别在施加挥舞方向载荷2m_挥、3m_挥、4m_挥…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_挥，计算N次分级加载下标定系数K_挥的平均值

即得到桨叶叶结构挥舞弯矩与FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差的关系方程：

步骤四：分别采集挥舞方向载荷与摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器中心波长偏移量，计算耦合系数C，选择桨叶结构摆振弯矩传感器最佳解耦组合桥路；具体为：

根据步骤二所测得桨叶剖面预扭角，将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ₁～△λ₆；利用标定旋转台将桨叶旋转90°，使得待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ’₁～△λ’₆；

评估摆振解耦效果的耦合系数C计算公式为：

式中i取值为3或5，j取值为4或6，四组传感器组合方式计算得到耦合系数分别为：

比较耦合系数C₁、C₂、C₃及C₄数值大小，选择耦合系数最小的组合方式并将该传感器组合桥路偏移量作为用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量，其计算公式为；

Δλ_摆＝Δλ₁+Δλ₂-(Δλ_i+Δλ_j) (10)

步骤五：采集摆振方向分级载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1～FBG6中心波长偏移量，计算摆振弯矩标定参量△λ_摆对桨叶摆振弯矩进行标定；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，桨叶摆振标定加载产生的摆振弯矩为：

M_摆＝m_摆gL (11)

式中L为摆振载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，桨叶结构剖面摆振弯矩与桨叶表面FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量之差△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数。令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面摆振弯矩与FBGn传感器中心波长偏移量△λ_n关系为：

用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量△λ_摆＝△λ₁+△λ₂-(△λ_i+△λ_j)，为步骤四所选择耦合系数最小的FBG传感器组合桥路波长偏移量，将式(10)代入得：

与上述试验方法相同，分别在施加摆振方向载荷2m_摆、3m_摆、4m_摆…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_摆，计算N次分级加载下标定系数K_摆的平均值

即得到桨叶叶结构摆振弯矩与FBG传感器组合桥路中心波长偏移量之差的关系方程：

所述的一种基于光纤Bragg光栅传感器的直升机桨叶结构挥舞与摆振弯矩解耦与标定方法，其特征在于：摆振方向载荷m_摆与环境温度变化△T不影响挥舞弯矩标定参量△λ_挥。

所述的一种基于光纤Bragg光栅传感器的直升机桨叶结构挥舞与摆振弯矩解耦与标定方法，其特征在于：挥舞方向载荷m_挥与环境温度变化△T不影响摆振弯矩标定参量△λ_摆。

有益效果：本发明适用于直升机桨叶弯矩载荷测量工程应用领域，所具备的优点是：仅需采用6个光纤Bragg光栅传感器构成传感网络，相较于传统传感方式，具有线路布置简单、抗电磁干扰能力强等优点。其次，本发明通过对挥舞与摆振载荷作用下FBG传感器中心波长信号进行数值运算，选取了挥舞弯矩标定参量△λ_挥和摆振弯矩标定参量△λ_摆，实现挥舞/摆振解耦的同时消除了温度对弯矩载荷测量的影响，简化了挥舞/摆振弯矩解耦过程。最后，采用光纤应变传感网络获取结构表面应变，相比于传统应变片测量方法无需布置大量信号传输线缆，不仅利于旋转工况下信号传输，还避免了对被测桨叶结构参数性能造成不利影响。

附图说明

图1是桨叶结构光纤Bragg光栅传感器布置图；

图2是桨叶待测剖面翼型示意图；

图3是挥舞方向加载示意图；

图4是摆振方向加载示意图；

图中标号名称：1.夹具2.光纤测量试验桨叶3.挥舞标定FBG1 4.挥舞标定FBG2 5.翼型夹具6.砝码7.摆振标定FBG。

具体实施方式

步骤一：桨叶结构光纤Bragg光栅传感器网络布置；具体为：

桨叶传感网络布局分为挥舞弯矩解耦布局与摆振弯矩解耦布局，其中用于挥舞弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器FBG1和FBG2分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面的上、下表面距翼型后缘1/4弦线对称位置；用于摆振弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器除FBG1和FBG2外还包括分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘1～10mm弦线对称位置的FBG3和FBG5，以及分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘11～20mm弦线对称位置的FBG4和FBG6。上述光纤Bragg光栅传感器粘贴方向均平行于桨叶展向以获取桨叶结构展向应变，以此构成桨叶传感器网络，光纤Bragg光栅传感器粘贴位置所对应剖面即为桨叶结构弯矩待测剖面；

步骤二：采集摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，测量桨叶剖面预扭角以实现挥舞弯矩解耦；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，调整桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角为θ，采用翼型夹具下方悬挂标准砝码方式对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，依次改变夹角θ，分别记录同加载不同夹角θ条件下光纤Bragg光栅传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量△λ₁与△λ₂；

上、下表面FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差与夹角θ为线性关系，表达式为：

θ＝kΔλ₁₂+b (1)

式中△λ₁₂＝△λ₁-△λ₂，为FBG1与FBG2中心波长偏移量之差，k为拟合系数，b为拟合曲线截距。通过上述试验测量结果，当两个光纤Bragg光栅传感器中心波长偏移量之差△λ₁₂为0时，得到对应角度θ即拟合曲线截距b为待测桨叶预扭角θ₀；

步骤三：挥舞方向分级加载作用下采集光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，计算挥舞弯矩标定参量△λ_挥对桨叶挥舞弯矩进行标定；具体为：

将标定旋转台旋转90°使得桨叶根部剖面与水平面夹角大小为预扭角θ₀，此时待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，桨叶挥舞标定加载产生的挥舞弯矩为：

M_挥＝m_挥gL (2)

式中L为挥舞载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，该偏移量之差数值仅由剖面挥舞弯矩M_挥产生。桨叶结构剖面挥舞弯矩与桨叶表面FBG传感器中心波长偏移量△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数。令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面挥舞弯矩与FBG1传感器中心波长偏移量△λ₁及FBG2传感器中心波长偏移量△λ₂关系分别为：

M_挥＝K₁Δλ₁ M_挥＝K₂Δλ₂ (4)

用于标定挥舞弯矩的FBG传感器波长参量△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，其中：

与上述试验方法相同，分别在施加挥舞方向载荷2m_挥、3m_挥、4m_挥…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_挥，计算N次分级加载下标定系数K_挥的平均值

即得到桨叶叶结构挥舞弯矩与FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差的关系方程：

步骤四：分别采集挥舞方向载荷与摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器中心波长偏移量，计算耦合系数C，选择桨叶结构摆振弯矩传感器最佳解耦组合桥路；具体为：

根据步骤二所测得桨叶剖面预扭角，将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ₁～△λ₆；利用标定旋转台将桨叶旋转90°，使得待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ’₁～△λ’₆；

评估摆振解耦效果的耦合系数C计算公式为：

式中i取值为3或5，j取值为4或6，四组传感器组合方式计算得到耦合系数分别为：

比较耦合系数C₁、C₂、C₃及C₄数值大小，选择耦合系数最小的组合方式并将该传感器组合桥路偏移量作为用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量，其计算公式为；

Δλ_摆＝Δλ₁+Δλ₂-(Δλ_i+Δλ_j) (10)

步骤五：采集摆振方向分级载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1～FBG6中心波长偏移量，计算摆振弯矩标定参量△λ_摆对桨叶摆振弯矩进行标定；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，桨叶摆振标定加载产生的摆振弯矩为：

M_摆＝m_摆gL (11)

式中L为摆振载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，桨叶结构剖面摆振弯矩与桨叶表面FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量之差△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数。令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面摆振弯矩与FBGn传感器中心波长偏移量△λ_n关系为：

用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量△λ_摆＝△λ₁+△λ₂-(△λ_i+△λ_j)，为步骤四所选择耦合系数最小的FBG传感器组合桥路波长偏移量，将式(10)代入得：

与上述试验方法相同，分别在施加摆振方向载荷2m_摆、3m_摆、4m_摆…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_摆，计算N次分级加载下标定系数K_摆的平均值

即得到桨叶叶结构摆振弯矩与FBG传感器组合桥路中心波长偏移量之差的关系方程：

Claims (1)

1.一种基于光纤应变组合桥路的桨叶弯矩解耦与标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：桨叶结构光纤Bragg光栅传感器网络布置；具体为：

桨叶传感网络布局分为挥舞弯矩解耦布局与摆振弯矩解耦布局，其中用于挥舞弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器FBG1和FBG2分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面的上、下表面距翼型后缘1/4弦线对称位置；用于摆振弯矩解耦标定的光纤Bragg光栅传感器除FBG1和FBG2外还包括分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘1～10mm弦线对称位置的FBG3和FBG5，以及分别粘贴于桨叶结构弯矩待测剖面上、下表面距翼型前缘11～20mm弦线对称位置的FBG4和FBG6；上述光纤Bragg光栅传感器粘贴方向均平行于桨叶展向以获取桨叶结构展向应变，以此构成桨叶传感器网络，光纤Bragg光栅传感器粘贴位置所对应剖面即为桨叶结构弯矩待测剖面；

步骤二：采集摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，测量桨叶剖面预扭角以实现挥舞弯矩解耦；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，调整桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角为θ，采用翼型夹具下方悬挂标准砝码方式对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，依次改变夹角θ，分别记录同加载不同夹角θ条件下光纤Bragg光栅传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量△λ₁与△λ₂；

上、下表面FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差与夹角θ为线性关系，表达式为：

θ＝kΔλ₁₂+b (1)

式中△λ₁₂＝△λ₁-△λ₂，为FBG1与FBG2中心波长偏移量之差，k为拟合系数，b为拟合曲线截距；通过上述试验测量结果，当两个光纤Bragg光栅传感器中心波长偏移量之差△λ₁₂为0时，得到对应角度θ即拟合曲线截距b为待测桨叶预扭角θ₀；

步骤三：挥舞方向分级加载作用下采集光纤光栅Bragg传感器FBG1与FBG2中心波长偏移量，计算挥舞弯矩标定参量△λ_挥对桨叶挥舞弯矩进行标定；具体为：

将标定旋转台旋转90°使得桨叶根部剖面与水平面夹角大小为预扭角θ₀，此时待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，桨叶挥舞标定加载产生的挥舞弯矩为：

M_挥＝m_挥gL (2)

式中g为重力加速度，L为挥舞载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，该偏移量之差数值仅由剖面挥舞弯矩M_挥产生；桨叶结构剖面挥舞弯矩与桨叶表面FBG传感器中心波长偏移量△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数；令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面挥舞弯矩与FBG1传感器中心波长偏移量△λ₁及FBG2传感器中心波长偏移量△λ₂关系分别为：

M_挥＝K₁Δλ₁，M_挥＝K₂Δλ₂ (4)

用于标定挥舞弯矩的FBG传感器波长参量△λ_挥＝△λ₁-△λ₂，其中：

与上述试验方法相同，分别在施加挥舞方向载荷2m_挥、3m_挥、4m_挥…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_挥，计算N次分级加载下标定系数K_挥的平均值

即得到桨叶叶结构挥舞弯矩与FBG1与FBG2传感器中心波长偏移量之差的关系方程：

步骤四：分别采集挥舞方向载荷与摆振方向载荷作用下光纤光栅Bragg传感器中心波长偏移量，计算耦合系数C，选择桨叶结构摆振弯矩传感器最佳解耦组合桥路；具体为：

根据步骤二所测得桨叶剖面预扭角，将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ₁～△λ₆；利用标定旋转台将桨叶旋转90°，使得待标定剖面翼型弦线保持水平，对桨叶结构施加挥舞方向载荷m_挥，分别记录光纤Bragg光栅传感器FBG1～FBG6在未加载与加载状态下的中心波长信号，计算FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量△λ’₁～△λ’₆；

评估摆振解耦效果的耦合系数C计算公式为：

式中i取值为3或5，j取值为4或6，四组传感器组合方式计算得到耦合系数分别为：

比较耦合系数C₁、C₂、C₃及C₄数值大小，选择耦合系数最小的组合方式并将该传感器组合桥路偏移量作为用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量，其计算公式为；

Δλ_摆＝Δλ₁+Δλ₂-(Δλ_i+Δλ_j) (10)

步骤五：采集摆振方向分级载荷作用下光纤光栅Bragg传感器FBG1～FBG6中心波长偏移量，计算摆振弯矩标定参量△λ_摆对桨叶摆振弯矩进行标定；具体为：

将桨叶根部固定于标定旋转台夹具，保持桨叶翼型前缘向下，桨叶根部翼型弦线与竖直面夹角大小为剖面预扭角θ₀，对桨叶结构施加摆振方向载荷m_摆，桨叶摆振标定加载产生的摆振弯矩为：

M_摆＝m_摆gL (11)

式中g为重力加速度，L为摆振载荷桨叶结构加载剖面与待标定剖面之间距离，桨叶结构剖面摆振弯矩与桨叶表面FBG1～FBG6传感器中心波长偏移量之差△λ关系式如下：

其中λ为光纤光栅Bragg传感器中心波长初始值，k为常量，h为距离，I为桨叶剖面惯性距，P_e为光纤光栅有效弹光常数；令K＝I/λ(1-P_e)kh，桨叶结构剖面摆振弯矩与FBGn传感器中心波长偏移量△λ_n关系为：

用于标定摆振弯矩的FBG传感器波长参量△λ_摆＝△λ₁+△λ₂-(△λ_i+△λ_j)，为步骤四所选择耦合系数最小的FBG传感器组合桥路波长偏移量，将式(10)代入得：

与上述试验方法相同，分别在施加摆振方向载荷2m_摆、3m_摆、4m_摆…N·m_挥加载状态下记录波长参量△λ_摆，计算N次分级加载下标定系数K_摆的平均值

即得到桨叶叶结构摆振弯矩与FBG传感器组合桥路中心波长偏移量之差的关系方程：

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