一種基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法與流程

本申請要求2015年10月14日提交的，申請號201510662382.9的中國發明專利申請的優選權。

技術領域

本發明涉及航空航天技術領域，特別涉及一種基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法。

背景技術：

飛機在實際飛行過程中，承受著各種環境下的隨機載荷，結構破壞時有發生。對飛機結構進行實時監控，控制其飛行過程中自身的損傷情況，采用經濟性維修和結構壽命健康管理，延長飛機壽命。

飛機在飛行過程中受到的外載荷主要為1)空氣動力、2)質量力、3)其他部件傳來的集中載荷。在飛機轉彎或側滑等飛行動作時側向載荷會受到比平穩飛行時更大空氣動力影響；機身本身的質量以及飛機內部的裝載會對飛機產生質量力，對飛機造成載荷；飛機起飛、滑跑、降落過程中機翼、尾翼以及起落架等部件對飛機本身產生會產生載荷。飛機的外載荷嚴重影響飛機機身和飛機部件，不及時對飛機機身和飛機部件進行修護將大大降低飛機的使用壽命。但是對于飛機飛行過程中收到載荷對機身和飛機部件的影響，目前都是通過經驗或者當飛機機身以及部件出現損傷時進行維修，這時的維修已經對飛機壽命產生了影響，縮減了飛機的壽命。

對于飛機飛行過程實時監控現有技術通常通過電阻式傳感器來進行監控，其監控效果和精度不夠準確，對飛機的修護指導意義不強。

因此，需要一種能有效解決對飛機飛行過程中的外載荷進行監測，在從而制導飛機修護的基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法。。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法，所述實時監測方法包括以下步驟：

a.搭建光柵光纖監測系統，所述監測系統包括泵浦源、第一摻鉺光纖、第二慘鉺光纖、波分復用器、光柵光纖組以及信號接收器；其中

所述光柵光纖組由多段光柵光纖與應變片貼合后以串聯的方式進行連接；

b.建立飛機起落架外載荷數學模型，對所述起落架模型進行全域應力計算，尋找飛機起落架的外載荷應力集中區；

c.在步驟b中找到的飛機起落架外載荷應力集中區布置所述光柵光纖監測系統；

d.對所述飛機起落架持續施加外載荷，所述光柵光纖監測系統通過信號接收器采集光柵光纖組的中心波長偏移量數據，繪制外載荷大小與所述光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線，其中

由外載荷導致應變片發生應變，從而使所述光柵光纖組的中心波長發生偏移；

e.將所述光柵光纖檢測系統安裝在飛機起落架，根據所述關系曲線對飛機飛行過程中起落架的實時載荷進行監控。

優選地，所述第一摻鉺光纖和所述第二摻鉺光纖摻雜濃度相同。

優選地，所述泵浦源為激光二極管單泵浦源。

優選地，所述泵浦源發出的泵浦光分兩路分別進入第一摻鉺光纖和第二慘鉺光纖。

優選地，所述光柵光纖組末端設置熔接隔離器，防止端面回波對輸出信號的影響。

優選地，步驟b中所述的全域應力計算包括起落架的剪力、彎矩以及扭矩的計算。

優選地，所述光柵光纖組與應變片通過膠粘的方式貼合。

優選地，步驟c中所述光柵光纖監測系統布置方式為通過膠粘的方式將應變片與飛機起落架外載荷應力集中區粘貼。

優選地，步驟d中采集光柵光纖組的中心波長偏移量數據進行處理，所述處理方法包括如下步驟：

d1.數據預處理，采集到的光柵光纖組的中心波長偏移量數據建立時間歷程；針對數據時間歷程進行檢測，剔除不合格的起落數據；

d2.數據二次處理，對預處理得到的數據進行濾波和分段。

本發明采用了光柵光纖傳感器對飛機起落架外載荷進行實時監測，監控過程精細、智能、準確，指導并實現了對飛機的有效維護，延長了飛機的整體壽命。

應當理解，前述大體的描述和后續詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應當用作對本發明所要求保護內容的限制。

附圖說明

參考隨附的附圖，本發明更多的目的、功能和優點將通過本發明實施方式的如下描述得以闡明，其中：

圖1示意性示出了本發明光柵光纖監測系統的結構圖；

圖2示出了本發明基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法的流程圖；

圖3示出了本發明對飛機起落架模型進行全域應力計算的示意圖；

圖4示出了本發明光柵光纖組的中心波長偏移量數據的處理流程圖；

圖5示出了本發明外載荷大小與光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線。

具體實施方式

通過參考示范性實施例，本發明的目的和功能以及用于實現這些目的和功能的方法將得以闡明。然而，本發明并不受限于以下所公開的示范性實施例；可以通過不同形式來對其加以實現。說明書的實質僅僅是幫助相關領域技術人員綜合理解本發明的具體細節。

在下文中，將參考附圖描述本發明的實施例。在附圖中，相同的附圖標記代表相同或類似的部件，或者相同或類似的步驟。本發明所提供的一種基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法是通過光柵光纖制備的光柵光纖監測系統實現對起落架的實時監測，本實施例中示意性給出一種所述的光柵光纖監測系統，如圖1所示本發明一個實施例中光柵光纖監測系統的結構圖；所述光柵光纖檢測系統包括泵浦源101、第一慘鉺光纖102、第二慘鉺光纖103、波分復用器105、光柵光纖組105以及信號接收器106。其中，光柵光纖組105包括多段光柵光纖1052，本實施例中示意性給出了4段光柵光纖，4段光柵光纖通過串聯的方式進行連接；在一些實施例中，光柵光纖可以是多段，具體的由所要監測的飛機起落架的尺寸所決定，同樣地，設置的多段光柵光纖通過串聯的方式連接。所述光柵光纖1052通過膠粘黏貼在應變片1051上，當飛機起落架受到外載荷時，應變片1051發生變形引起光柵光纖1052的中心波長漂移實現對外載荷監測。應當理解的是本發明中采用的是多段光柵光纖構成的光柵光纖組105的整體出現波長漂移，使得監測到的外載荷與光柵光纖組105的波長漂移的關系更加精確。

為了實現高平坦的C+L波段放大的自發輻射光，本發明采用的泵浦源101為激光二極管單泵浦源，并且第一慘鉺光纖102和第二慘鉺光纖103的摻雜濃度相同。

泵浦源101產生的光路分成兩路分別進入到第一慘鉺光纖102和第二慘鉺光纖103中，通過兩路光路對泵浦源產生的光信號進行放大處理。波分復用器104將放大后的信號耦合進入到串聯連接4段光柵光纖的光柵光纖組105中。信號接收器106采集光路信號，優選地，在光柵光纖組105的末端設置熔接隔離器，防止端面回波對輸出信號的影響。

下面本實施例具體說明本發明利用上述光柵光纖監測系統對飛機起落架外載荷實時監測方法做詳細說明，如圖2所示本發明基于光柵光纖傳感器的起落架外載荷實時監測方法的流程圖，所示起落架外載荷實時監測方法應當包括如下步驟：

步驟201：搭建光柵光纖監測系統；所述監測系統包括泵浦源、第一摻鉺光纖、第二慘鉺光纖、波分復用器、光柵光纖組以及信號接收器。

步驟202：:仿真計算，尋找飛機起落架應力集中區；建立飛機起落架外載荷數學模型，對所述起落架模型進行全域應力計算，尋找飛機起落架的外載荷應力集中區。具體仿真計算過程借助有限元分分析方法，建立飛機數學模型，在飛機數學模型上布置光柵光纖并設置邊界條件，所述邊間條件為根據實際飛機飛行過程中的外載荷進行模擬。本實施例采用了包括對起落架的剪力、彎矩以及扭矩的模擬計算的全域應力計算，使得計算結果更加接近飛機實際飛行過程中的情況，從而對后續的檢測更加準確。

通過仿真計算。尋找到飛機在飛行過程中最能產生應變的區域，如圖3所示本發明對飛機起落架模型進行全域應力計算的示意圖，飛機起落架的第一連桿301、第二連桿302以及第三連桿303在計算過程中出現應變，同時得到得到應變區域304，計算結果得到的出現的應變區域304是受到外載荷最大的區域。

步驟203：布置光柵光纖監測系統；在步驟202中找到的飛機起落架外載荷應力集中區布置所述光柵光纖監測系統。本實施例中為了對光柵先材料的節約，只對應力集中區域304布置光柵光纖組。應當理解的是，在一些實施例中，為了對飛機更好的維護應當是還包括起落架的第一連桿301、第二連桿302以及第三連桿303的應變區域布置光柵光纖組。上述布置光柵光纖組采用黏貼的方式將光柵光纖組的應變片與飛機起落架的應變集中區域相互膠粘黏貼固定，應當理解本實施例中采用的固定方式除了黏貼之外應當還包括其他本領域技術人員所能想到的一切固定方式，例如：特種膠固定或金屬對接。

步驟204：繪制外載荷大小與光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線；對所述飛機起落架持續施加外載荷，所述光柵光纖監測系統通過信號接收器采集光柵光纖組的中心波長偏移量數據，繪制外載荷大小與所述光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線，其中

由外載荷導致應變片發生應變，從而使所述光柵光纖組的中心波長發生偏移。

對于飛機起落架持續施加外載荷的過程采用加載機對飛機起落架從空間6個維度進行加載，使施加的外載荷盡可能的與飛機飛行過程中產生的外載荷。

信號接收器接采集光柵光纖組的中心波長偏移量數據，對采集到的數據進行處理，如圖4所示光柵光纖組的中心波長偏移量數據的處理流程圖，具體數據處理過程包括如下步驟

步驟401：數據采集，通過光柵光纖監測系統的信號接收器采集光柵光纖組的中心波長偏移量；

步驟402：數據預處理，采集到的光柵光纖組的中心波長偏移量數據建立時間歷程；針對數據時間歷程進行檢測，剔除不合格的起落數據；其中剔除的數據為采集到的偽讀數以及二維低載荷數據。

步驟403：數據二次處理，對預處理得到的數據進行波峰數據和波谷數據進行濾波和分段。

經過處理的光柵光纖組的中心波長偏移量數據與施加的載荷數據進行驗證，使繪制的外載荷大小與光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線誤差區間達到最小。如圖5所示外載荷大小與光柵光纖組的中心波長偏移量數據的關系曲線，外載荷施加至極限點501時重現飛機起落架嚴重受損。

步驟205：對飛機飛行過程中起落架載荷實時監測；將所述光柵光纖檢測系統安裝在飛機起落架，根據所述關系曲線對飛機飛行過程中起落架的實時載荷進行監控。應當理解的是，所說關系曲線通過編程的方式寫入控制程序，通過控制程序對飛機飛行過程中的載荷進行直觀顯示。關系曲線寫成程序的過程應當是本領域技術人員所能想到的所有的編程方式，例如：PLC邏輯控制。

本發明采用了光柵光纖傳感器對飛機起落架外載荷進行實時監測，監控過程精細、智能、準確，指導并實現了對飛機的有效維護，延長了飛機的整體壽命。

結合這里披露的本發明的說明和實踐，本發明的其他實施例對于本領域技術人員都是易于想到和理解的。說明和實施例僅被認為是示例性的，本發明的真正范圍和主旨均由權利要求所限定。