[发明专利]一种基于光纤布拉格光栅柔性蒙皮监测的曲率传感器

说明书

针对变形机翼柔性智能蒙皮形变的实时监测，本发明的目的在于提供一种基于光纤布拉格光栅的柔性智能蒙皮曲率传感器。它能够植入柔性智能蒙皮内部形成传感网络，对光纤布拉格光栅的中心波长的漂移量进行解调，通过波长漂移量标定曲率的变化，实现对蒙皮形变的监测。

技术领域

本发明属于光纤器件领域，特别涉及一种基于光纤布拉格光栅柔性蒙皮监测的曲率传感器。

背景技术

随着航空航天科技的发展，对先进飞行器的应用需求也越来越高。自适应，高机动性能，隐身性能以及优良的飞行效率的飞行器是目前世界发达国家不断研究探索的方向。变形机翼技术由于其连续性，大尺度，多维度的变形得到了广泛的关注。变形机翼的柔性蒙皮的形状将直接影响飞行器的气动特性。因此，对柔性蒙皮弯曲形变的曲率进行监测从而重构出智能机翼的变体形状能够提高飞行器在高空高速的飞行状态下的机动性，稳定性以及安全性。

光纤布拉格光栅传感技术是一项高科技应用技术，利用光纤传输光波，根据光强、频率、相位、偏振态等参量变化测得光波长等变化，进而得到被测结构的应变，位移等物理量，实现对结构变形的传感测量。与传统的测量方法相比，光纤传感技术在变体飞机柔性蒙皮变形的传感与监测方面具有显著的特点和优势。光纤布拉格光栅传感器可以植入需要监测曲率形变的蒙皮中，非常灵敏快速地感知飞机结构变形产生的应力应变等物理信息。并且光纤布拉格光栅传感器的传感系统可以实现在蒙皮内部多测点多路分布式传感与测量，达到在飞行器高速状态下的实时监测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于光纤布拉格光栅柔性蒙皮监测的曲率传感器，本发明光纤布拉格光栅传感器可以植入需要监测曲率形变的蒙皮中，非常灵敏快速地感知飞机结构变形产生的应力应变等物理信息，增加装置的适用性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于光纤布拉格光栅柔性蒙皮监测的曲率传感器，所述传感器包括刻制在纤芯内的光纤布拉格光栅；其中，当所述光纤布拉格光栅受到外力作用或温度发生改变时，所述光纤布拉格光栅的中心波长λ_B可表示为：λ_B＝2n_eff·Λ＝2n_eff(ε，T)·Λ(ε，T)；其中，n_eff表示为导模的有效折射率，Λ表示为光栅周期，ε表示为轴向应变力；当所述传感器发生形变时，所述光纤布拉格光栅的中心波长的漂移量Δλ_B转化为所述传感器曲率的变化为：其中，K表示为微元的曲率，P_ε表示为所述传感器的弹光系数，h表示为所述传感器厚度。

优选的，温度恒定时，当所述光纤布拉格光栅受到外力作用时，所述光纤布拉格光栅的中心波长λ_B可表示为：λ_B＝2Δn_eff·Λ+2n_eff·ΔΛ；在轴向力的作用下，中心波长λ_B的漂移量与轴向应变力ε之间的关系可表示为：Δλ_B＝λ_B·(1-P_ε)·ε；其中，P_ε表示为所述传感器的弹光系数。

优选的，所述中心波长λ_B、所述弹光系数P_ε和所述传感器厚度h均为常量，所述曲率k与所述光纤布拉格光栅的中心波长漂移量Δλ_B成线性关系。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明光纤布拉格光栅传感器可以植入需要监测曲率形变的蒙皮中，非常灵敏快速地感知飞机结构变形产生的应力应变等物理信息；

2、本发明光纤布拉格光栅传感器的传感系统可以实现在蒙皮内部多测点多路分布式传感与测量，达到在飞行器高速状态下的实时监测。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明