[发明专利]一种用于航天器应变监测的大容量超高速光纤传感装置

说明书

本发明公开了一种用于航天器应变监测的大容量超高速光纤传感装置，解决了“单根光纤传感器数目多”和“超快解调速率”同时具备的技术难题；构造的新型传感架构，采用“密集型分波技术”和“低反射率光栅交替使用技术”提升单根光纤上传感器的容量，单根光纤传感器数目过千，满足航天器大容量光纤传感大面阵探测的需求；通过非机械强度调节原理的方法实现航天器光纤传感的超高速解调，相关研究将实现现有产品的升级换代，带来巨大的市场价值。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种用于航天器应变监测的大容量超高速光纤传感装置。

背景技术

航天器在轨飞行过程中，太空中的垃圾碎片、粒子等会以较高的速度与航天器发生碰撞，这些碰撞会在航天器舱体表面产生应变，形成损伤积累。同时，航天器在进行充泄压和交会对接过程中，舱体也会发生形变。因此，需要对航天器舱体的应变进行实时监测，这将为航天器的可靠性、安全性提供保障。

目前，主要采用压电类传感器和光纤光栅类传感器两种方法对航天器舱体应变进行监测。

(1)压电类传感器。由于碰撞应力波频率相对较高，常采用频率测量范围为0.1Hz～几百kHz的压电传感器进行监测，带宽大。但对于航天器来讲，压电类传感器的体积、重量、功耗较大，检测系统复杂，而且其抗电磁干扰能力差，正在慢慢被新型传感器所取代。

(2)光纤光栅类传感器。光纤光栅传感器在航天器上属于新型传感器，具有尺寸小、重量轻、灵敏度高、动态范围宽、抗电磁干扰、耐腐蚀、能应用于高温/高压环境等一系列优点，已经在国内外航天系统引起了高度重视和应用。

但目前，我国光纤光栅传感技术在航天器上具备的最好技术状态是，“单根光纤传感器个数低于10，解调速率低于5kHz”。尤其是“单根光纤高传感器个数”和“超快解调速率”两个优点兼备这一关键技术，一直尚未解决，这对后续功能拓展应用带来较大影响。

一方面，很难满足航天器在大区域的大容量光纤传感排布的需求。如果需要大范围排布光纤传感器，需要几十根至上百根光纤，线路会比较复杂，故障率升高，而且重量成本会大幅度上升。

另一方面，解调速度低，无法监测到高于5kHz的高频应变、振动信号，比如无法监测到碎片撞击过程产生的高频信号，这严重限制了光纤传感在航天器上的功能拓展和广泛应用。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于航天器应变监测的大容量超高速光纤传感装置，可以提升单根光纤上传感器的容量，实现光纤传感的超高速解调。

一种光纤传感装置，包括C波段+L波段连续宽带光源、电光调制器EOM、环形器、40组光纤传感器、密集型波分器、电压比例模块、波长还原模块以及应变获取模块；

所述C波段+L波段连续宽带光源波长范围为1520nm-1610nm；

所述电光调制器EOM将C波段+L波段连续宽带光源发出的连续光信号调制成周期为10μs、脉宽为10ns的脉冲光信号；

所述40组光纤传感器中每组均包括25个不同中心波长的光栅；40组光纤传感器的组间选用50米的延时光纤连接；

所述电光调制器EOM发出的脉冲光信号经过环形器，入射到各组光纤传感器中；各光纤传感器反射的光信号经环形器送入到所述密集型波分器；

各组间的延时光纤用于延迟脉冲光信号进入各组光纤传感器的时间；

密集型波分器按照所述25个不同中心波长，将光纤传感器的反射光分成25个波段；