[发明专利]一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法

说明书

本发明及一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法，包括测量系统为研究对象，以最终待测物理量作为评估对象，研究整体传感测量系统在三种不同温度下的性能退化曲线，并进行数值拟合，进一步通过外推得到光纤光栅应变传感系统在某温度下的寿命。本发明的有益效果是在保证寿命可靠预测的前提下，避开了过程因素的影响，可操作性强、准确性高，这对星上光纤光栅应变传感器及其具有类似超长寿命需求的器件的寿命推测具有一定的借鉴意义。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法。

背景技术

对于长寿命卫星、空间站等航天器来说，往往在轨工作时间长，对其舱体的设计以及舱体监测用传感器都有长寿命的要求。例如空间站，设计寿命达到15年以上，所以对其舱体进行应变等物理量监测的光纤光栅传感器同样需要15年以上的使用寿命。

光纤光栅应变传感器一般通过胶粘剂粘贴在航天器舱体上，可以避免焊接、螺装等其它安装方式对舱体结构的损伤问题，舱体的形变依次通过胶粘剂、传感器基底、玻璃焊料、光纤涂覆层传递到光纤光栅传感器的纤芯上，引起纤芯内光信号的变化，然后通过信号解调系统解调出光信号的变化，进而得到舱体的应变信息。

通过对“胶粘式光纤光栅应变传感器超长寿命预测方法”进行调研，发现国标、国军标、美国海军标准、美国材料与实验协会标准、美国国家公路与运输协会标准及国内外文献资料等，只给出了单只光纤光栅传感器作为独立器件的寿命分析方法以及借助Pow-Law模型、Aging curve模型、对数模型、Raint-Poumellec模型等来揭示温度作用下的光纤光栅的寿命特征，均未给出光纤光栅应变传感器在实际测量中，尤其是以胶粘方式与待测对象组成系统后的寿命预测方法。

之所以不以单只光纤光栅传感器作为研究对象，是因为组成系统后会引入胶粘剂的应变传递效应，带来新的影响，仅仅通过光纤光栅传感器本身的光学特性改变并不能准确评估测量系统的使用寿命。

因此，需要发明一种可行的、针对测量系统的光纤传感寿命预测方法，这将对评估胶粘式光纤光栅应变传感器的长时间可靠、有效测量，进而保证准确获取舱体的安全状态信息具有重要意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法，目的是将光纤光栅应变测量系统作为研究对象，以最终待测物理量“应变”作为评估对象，从系统的角度分析寿命问题，避免了将传感器作为单独器件进行寿命分析的不全面性。同时，粘贴用胶粘剂的应变传递效应会对测量系统带来新的影响，它在寿命预测中占据的份额无法定量评估。

本发明的技术方案为：

一种星用光纤光栅应变传感器在轨超长寿命预测方法，主要包括以下步骤，

步骤1、搭建应变测量系统；

将单只光纤光栅应变传感器通过胶粘剂粘贴在标准梁上，在标准梁上依次增加砝码，使标准梁拉伸，带动光纤光栅应变传感器产生应变，直到光纤光栅应变传感器达到实际工作环境下的最大发生应变值，此时记为初始时刻t₀；

步骤2、实验、数据采集处理；

假设光纤光栅应变传感器实际工作环境温度为T₀，至少准备同一批次的光纤光栅应变传感器3只，每只传感器分别按照步骤1中的方法搭建应变测量系统，每套应变测量系统放置在不同恒温箱中，光纤光栅应变传感器通过传导光纤与温箱外的解调系统相连，实时读取光纤光栅应变传感器的波长值，通过波长变化量，换算应变值，进而得到应变变化百分比随时间的变化；

步骤3、数据拟合外推；