CN114046898A - 一种飞机引气泄漏过热探测器、系统及飞行器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于引气泄漏过热探测器技术领域，涉及一种飞机引气泄漏过热探测器、系统及飞行器。该过热探测器包括第一连接器、第二连接器、光纤光栅阵列、毛细金属管以及骨架；本发明通过光纤光栅阵列上光栅组、光栅串布置，配合波分+时分混合复用解调方法，实现了高空间探测分辨率，满足光纤过热探测器任意25.4mm线长的引气泄漏过热探测、预警使用需求。通过设置骨架结构，将光栅阵列固定于骨架上，保证光栅串的松弛状态，减少应力温度交叉敏感，有效减弱应力引起的探测干扰，进一步提高抗振性，适应机载复杂环境。骨架选用金属丝或者金属管，提高响应速率的同时，进一步可评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护。
Description
技术领域
本发明属于引气泄漏过热探测器技术领域，涉及一种飞机引气泄漏过热探测器、系统及飞行器。
背景技术
现有飞机引气泄漏过热探测器通常所用为共晶盐式或者热敏电阻式的线型过热探测，共晶盐式或者热敏电阻式过热探测器具有结构简单、可靠性高等优点，同时，共晶盐式或者热敏电阻式过热探测器响应灵敏度高，能实现任意25.4mm线长的过热探测报警，是一种分布式的过热探测器。但是输出报警信号单一，且无法定位或者定位精度低，同时在探测中无法实时监测飞机引气管路场的温度，无法实现引气泄漏过热探测预警，成为业内亟待解决的问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出一种具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器。
本发明技术方案：一种具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，包括：第一连接器1、第二连接器2、光纤光栅阵列、毛细金属管以及骨架；
所述光纤固定在所述骨架上，所述光纤及所述骨架设置于毛细金属管的腔体内；
所述毛细金属管的两端分别与所述第一连接器1和所述第二连接器2连接；
所述光纤上刻有光栅阵列，光栅阵列包括N个光栅串，所述光栅串的波长不同，每一光栅串包括至少4个光栅，同一所述光栅串中的所述光栅波长、反射率、线宽相同；
M个所述光栅串组成一个光栅组，所述的具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器包括至少1个光栅组；其中，N为大于或等于2的正整数，M为大于或等于1的正整数；
所述同一所述光栅串中的所述光栅等间隔设置；
每一所述光栅串的长度大于固定所述光栅串的所述骨架的长度。
相邻光栅串之间的光纤通过光纤胶固定在骨架上。
所述第一连接器1为公头连接器，所述第二连接器2为母头连接器。
每一所述光栅串的长度是固定所述光栅串骨架长度的1.05倍，每一光栅串的长度范围为大于2.54cm且小于或等于10cm；每一光栅串包括的相邻两个光栅之间距离大于或等于1cm且小于或等于2.54cm。
所述骨架采用光纤或金属丝，所述金属丝的材料包括铜、镍、银或铜、镍、银的合金材料。
所述骨架采用金属管；所述金属管包括多个通孔，多个通孔交错排布；或多个所述通孔对称排布，所述光纤穿过所述通孔并通过所述通孔固定。
所述具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器包括至少两个光纤光栅阵列，两个光纤光栅阵列同路径设置或交错排布。
所述第一连接器1、第二连接器2为1个接口时；所述第一连接器1、第二连接器2与所述光纤光栅阵列连接；
所述第一连接器1、第二连接器2为2个接口时；所述第一连接器1、第二连接器2的A接口与所述光纤光栅阵列连接；B接口与所述骨架连接。
所述具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器上增加光纤光栅解调仪。
本发明的有益效果：
1、通过光纤光栅阵列上光栅组、光栅串布置，配合波分+时分混合复用解调方法，实现了高空间探测分辨率，满足光纤过热探测器任意25.4mm线长的引气泄漏过热探测、预警使用需求。
2、通过设置骨架结构，将光栅阵列固定于骨架上，保证光栅串的松弛状态，减少应力温度交叉敏感，有效减弱应力引起的探测干扰，进一步提高抗振性，适应机载复杂环境。
3、骨架选用金属丝或者金属管，提高响应速率的同时，进一步可评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护。
附图说明
图1一种具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器结构示意图；
图2光纤或金属丝骨架内部结构示意图；
图3光栅间距示意图；
图4金属管骨架通孔对称排布内部结构示意图；
图5金属管骨架通孔交错排布内部结构示意图；
图6两个光纤光栅阵列同路径设置示意图；
图7两个光纤光栅阵列交错排布示意图；
图8第一连接器1、第二连接器2均为单接口连接示意图；
图9第一连接器1、第二连接器2均为双接口连接示意图；
图10第一连接器1、第二连接器2均为三接口连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1是本发明实施例提出的一种具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器的结构示意图，参见图1，本发明实施例提出的具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器，包括：第一连接器1、第二连接器2、光纤、毛细金属管以及骨架；光纤固定在所述骨架上，光纤及所述骨架设置于毛细金属管的腔体内；毛细金属管的两端分别与所述第一连接器1和所述第二连接器2连接；光纤上刻有光纤光栅阵列，所述光纤光栅阵列包括N个光栅串，所述光栅串的波长不同，每一光栅串包括至少4个光栅，同一所述光栅串中的所述光栅的波长、反射率及线宽相同；M个所述光栅串组成一个光栅组，所述的具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器包括至少1个光栅组；其中，N为大于或等于2的正整数，M为大于或等于1的正整数；同一所述光栅串中的所述光栅等间隔设置；每一所述光栅串的长度大于固定所述光栅串的所述骨架的长度。
具体的，将光纤光栅传感技术应用于飞机引气泄漏过热探测，具有体积小、质量轻、抗电磁干扰等优点；将将光纤光栅阵列封装成线型飞机引气泄漏过热探测器，并布设于飞机引气管道附近进行温度传感，可实时监测飞机引气管路场的温度，结合大数据分析技术，实现引气泄漏探测及预警；
参见图2，光栅组内的N个光栅串波长不同，采用波分复用解调方法进行探测解调，解调温度的同时进行温度点的定位；M个光栅组之间的光栅采用时分复用解调方法进行探测解调；光栅串中光栅波长、反射率以及线宽相同，在正常温度下会发生光谱叠加，形成形状与单个光栅一致，当光栅串区域内某点发生温度变化时，会有一段光谱漂出，即可判断在这个光栅串区域内发生了温度漂移，即飞机引气管路场的温度信息。配合波分+时分混合复用解调方法，对光纤光栅进行大容量、高密度的传感复用，实现了高空间探测分辨率，满足光纤过热探测器任意25.4mm线长的引气泄漏过热探测、预警使用需求。
示例性的，每一光栅串包括4个光栅，每个光栅间距为2.5cm，光栅串的总长为10cm，受光纤光栅解调仪光源带宽限制，将光源带宽平均分配给10个波长的光栅，即N＝10，为此，一个光栅组总长为1m。当M＝5时，即实现总长为5m的引气泄漏过热探测。
可选的，每一所述光栅串的长度是固定所述光栅串骨架长度的1.05倍，每一光栅串的长度范围为大于2.54cm且小于或等于10cm；每一光栅串包括的相邻两个光栅之间距离大于或等于1cm且小于或等于2.54cm。
示例性的，当所述骨架长度为10cm时，所述光栅串长度大于10.5cm，如果过长，则不利于光栅串在毛细金属管内封装，如果过短，则工艺上不宜实现，操作难度大，可靠性低，这么设置保证光栅串的松弛状态，减少应力温度交叉敏感，有效减弱应力引起的探测干扰，进一步提高抗振性，适应机载复杂环境。
参见图3，每一光栅串的长度L1范围包括：每一光栅串的长度范围包括：大于2.54cm且小于或等于10cm，大于10cm时则定位精度降低，小于2.54cm则工艺上不宜实现；每一光栅串包括的相邻两个所述光栅之间范围L2包括：大于或等于1cm且小于或等于2.54cm，当L2小于或等于1cm时，会导致光栅太密集，光栅刻写制备难度较大，成本上升，当L2大于或等于2.54cm时，则会导致无法满足光纤过热探测器全长任意25.4mm线长的过热探测及预警需求。
具体的，每一光栅串包括至少4个光栅，光栅本身长度范围为0.6至1cm,每一光栅串的长度L1范围为小于或等于10cm，可保证探测定位精度为10cm，每一光栅串包括的相邻两个所述光栅之间范围L2包括：大于或等于1cm且小于或等于2.54cm，即实现光纤过热探测器全长任意25.4mm线长的过热探测及预警。
可选的，所述骨架包括金属管；所述金属管包括多个通孔，多个通孔交错排布；或多个所述通孔对称排布，所述光纤穿过所述通孔并通过所述通孔固定。
具体的，参见图4，金属管的管径范围包括：大于或等于0.5mm，且小于或等于0.8mm；所述金属管的通孔范围包括：大于或等于0.3mm，且小于或等于0.4mm。
具体的，所述光纤光栅阵列穿过所述通孔并通过所述通孔固定，通过此种物理方法进行固定，采用无胶化封装工艺，进一步提高产品耐高温能力，可靠性以及使用寿命。
具体的，参见图5，多个所述通孔交错排布；或多个所述通孔对称排布，可根据管径尺寸，灵活调节排布方式，降低装配工艺难度。
可选的，所述具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器包括至少两条光纤光栅阵列，两个光纤光栅阵列同路径设置或交错排布。
具体的，参见图6，通过两个光纤光栅阵列同路径设置冗余设计结构，提高产品可靠性；
具体的，参见图7，通过两个光纤光栅阵列交错排布冗余设计结构，提高产品可靠性的同时，光栅阵列可以更好地感受毛细金属管传导的温度，进一步提升响应速率。
可选的，所述骨架采用光纤或金属丝，所述金属丝的材料包括铜、镍、银或铜、镍、银的合金材料。
具体的，所述骨架起支撑作用，保证光栅串在空间上松弛，减少应力温度交叉敏感，在装配过程中，需对骨架光纤进行预拉直。
当骨架为光纤时，骨架光纤可以为金、银、铜金属涂覆层光纤，有利于导热，提高响应速率，此外，骨架光纤可以通光信号，配合光纤光栅解调仪，通过光信号的通断检测，作为探测器状态预检测手段；
当骨架为金属丝，所述金属丝的材料可以为铜、镍、银或铜、镍、银的合金材料的一种，机械强度更高，也有利于导热，提高响应速率，此外，骨架金属丝可以通电信号，配合光纤光栅解调仪，通过电信号的通断检测，作为探测器状态预检测手段。
可选的，所述第一连接器1、第二连接器2均为单个接口时；所述第一连接器1、第二连接器2与所述光纤光栅阵列连接；
具体的，参见图8，连接器接口为光接口，用于连接光纤光栅阵列；骨架为光纤，骨架支撑光纤光栅阵列，并悬浮于毛细金属管内，由于骨架材料为光纤，质量轻，可以不连接连接器，装配工艺简单。
可选的，所述第一连接器1、第二连接器2均为双接口时；所述第一连接器1、第二连接器2的A接口与所述光纤光栅阵列连接；B接口与所述骨架连接。
具体的，参见图9，当骨架为光纤，所述连接器A接口为光接口，用于连接光纤光栅阵列；所述连接器B接口也为光接口，与骨架光纤连接，可通过光接口注入光信号，通过光信号通路的通断，进一步评估骨架光纤是否断路，进一步评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护；
或者，当骨架为金属丝或者金属管，所述连接器A接口为光接口，用于连接光纤光栅阵列；所述连接器B接口也为电接口，与骨架金属丝或者金属管连接，可通过连接器B接口注入电信号，通过电信号的通断，评估骨架金属丝或者金属管是否断路，进一步评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护；
可选的，第一连接器1、第二连接器2均为三接口时；所述第一连接器1、第二连接器2的A接口、B接口分别与所述光纤光栅阵列连接；C接口与所述骨架连接。
具体的，参见图10，当骨架为光纤，所述连接器A接口、B接口为光接口，用于连接光纤光栅阵列；所述连接器C接口也为光接口，与骨架光纤连接，可通过光接口注入光信号，通过光信号通路的通断，进一步评估骨架光纤是否断路，进一步评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护；
或者，当骨架为金属丝或者金属管，所述连接器A接口、B接口为光接口，用于连接光纤光栅阵列；所述连接器C接口为电接口，与骨架金属丝或者金属管连接，可通过连接器C接口注入电信号，通过电信号的通断，评估骨架金属丝或者金属管是否断路，进一步评估、监测光纤光栅阵列结构状态，提高了产品可靠性，便于使用维护。
可选的，参见图2，相邻光栅串之间的光纤通过光纤胶固定在骨架上。
具体的，所述光纤胶为353ND光纤胶，粘接牢固且操作工艺简单成熟，固定位置为每个光栅串之间，有利于保证工艺一致性。
可选的，参见图1，第一连接器1为公头连接器，所述第二连接器2为母头连接器。
具体的，每个所述的一种飞机引气泄漏过热探测器的第一连接器1和第二连接器2可串接，便于飞机环境的安装和使用维护，所述第一连接器1和第二连接器2的接口可根据需求设置，在此不做限定。
可选的，本发明实施例提供一种飞机引气泄漏过热探测系统，所述系统包括，一种飞机引气泄漏过热探测器以及光纤光栅解调仪。所述的一种飞机引气泄漏过热探测器与光纤光栅解调仪连接；所述光纤光栅解调仪基于波分和时分混合复用的解调方法，对所述的飞机引气泄漏过热探测器的所述光纤上的光栅阵列探测到的温度信号进行解调。
具体的，光纤光栅解调仪对组内光栅采用波分复用的解调方法，组间光栅采用时分复用的解调方法，实现了大容量的传感解调，以适应飞机引气泄漏过热探测需求。
可选的，本发明实施例提供一种飞行器，包括上述任意实施例提出的飞机引气泄漏过热探测器或上述任意实施例提出的飞机引气泄漏过热探测系统，具有上述任意实施例所述的有益效果，在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，包括：第一连接器(1)、第二连接器(2)、光纤、毛细金属管以及骨架；
所述光纤固定在所述骨架上，所述光纤及所述骨架设置于毛细金属管的腔体内；
所述毛细金属管的两端分别与所述第一连接器(1)和所述第二连接器(2)连接；
所述光纤上刻有光纤光栅阵列，所述光纤光栅阵列包括N个光栅串，所述光栅串的波长不同，每一光栅串包括至少4个光栅，同一所述光栅串中的所述光栅的波长、反射率及线宽相同；
M个所述光栅串组成一个光栅组，所述的具有抗振和快速响应的飞机引气泄漏过热探测器包括至少1个光栅组；其中，N为大于或等于2的正整数，M为大于或等于1的正整数；
同一所述光栅串中的所述光栅等间隔设置；
每一所述光栅串的长度大于固定所述光栅串的所述骨架的长度。
2.根据权利要求1所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，每一所述光栅串的长度是固定所述光栅串骨架长度的1.05倍，每一光栅串的长度范围为大于2.54cm且小于或等于10cm；每一光栅串包括的相邻两个光栅之间距离大于或等于1cm且小于或等于2.54cm。
3.根据权利要求1所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，所述骨架包括金属管；所述金属管包括多个通孔，多个通孔交错排布；或对称排布，所述光纤穿过所述通孔并通过所述通孔固定。
4.根据权利要求3所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，所述的一种飞机引气泄漏过热探测器包括至少两条光纤，两条光纤同路径设置或交错排布。
5.根据权利要求1所述的飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，所述骨架包括光纤或金属丝，所述金属丝的材料包括铜、镍、银或铜、镍、银的合金材料。
6.根据权利要求1所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，所述第一连接器(1)、第二连接器(2)均为单个接口时；所述第一连接器(1)、第二连接器(2)与所述光纤光栅阵列连接；
所述第一连接器(1)、第二连接器(2)均为双接口时；所述第一连接器(1)、第二连接器(2)的A接口与所述光纤光栅阵列连接；B接口与所述骨架连接。
所述第一连接器(1)、第二连接器(2)均为三接口时；所述第一连接器(1)、第二连接器(2)的A接口、B接口分别与所述光纤光栅阵列连接；C接口与所述骨架连接。
7.根据权利要求1所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，相邻光栅串之间的光纤通过光纤胶固定在骨架上。
8.根据权利要求1所述的一种飞机引气泄漏过热探测器，其特征在于，所述第一连接器(1)为公头连接器，所述第二连接器(2)为母头连接器。
9.一种飞机引气泄漏过热探测系统，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的飞机引气泄漏过热探测器以及光纤光栅解调仪，所述的一种飞机引气泄漏过热探测器与光纤光栅解调仪连接；
所述光纤光栅解调仪基于波分和时分混合复用的解调方法，对所述的飞机引气泄漏过热探测器的所述光纤上的光栅阵列探测到的温度信号进行解调。
10.一种飞行器，其特征在于，包括权利要求1-8任一所述的一种飞机引气泄漏过热探测器或权利要求9所述的一种飞机引气泄漏过热探测系统。
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