基于FBG的机载传感器及关键技术研究

发布时间：2020-05-19 10:40

【摘要】：传感器是监测飞控系统状态参量和控制飞机稳定飞行的关键,在保障飞机安全性能和经济运行方面发挥着至关重要的作用。相比于传统电传感器,光纤光栅传感器(FBGs)具有比热容小、抗电磁干扰,对被测量干扰小等优点,是近年来飞行控制传感领域的研究热点。本文立足于基于FBG的机载传感器及其关键技术研究。针对机载传感测试对重量轻、体积小和功耗低的光纤传感系统的迫切需要,通过对超短光纤光栅(Ultra-Short FBG,超短FBG)光谱特性、温度应变传感特性、光栅的刻写技术、传感器结构设计和封装测试技术的研究实现了位移和振动加速度光纤传感器的研制。设计了适用于机载环境的低功耗光纤传感解调系统。为高性能机载传感技术提供新理论、新方法和新技术支撑。主要研究内容有:1.高反射率超短FBG的刻写技术:根据传输矩阵理论,通过数值仿真,分析了超短FBG的反射光谱特性。通过载氢增敏和优化紫外曝光功率等技术写制了栅区长度小于1mm,边缘线性区大于1.5nm,反射率大于50%的超短FBG并通过衍射狭缝引入Sinc~2函数实现了超短FBG的切趾。利用电弧等离子体对栅区激励扫描,实现了对紫外光刻写FBG的快速退火,具有涂覆层无损伤的优点。2.高速超短FBG解调原理及方法:根据超短FBG反射光谱特性,结合稳频激光器输出功率、中心波长稳定的特性,提出了一种用于超短FBG传感解调的方法。详细介绍了该解调方法的解调原理并设计相关实验论证了该方法的可行性与可靠性。同时,为进一步实现解调系统的小型化与轻量化,设计了基于光电二极管的光电检测电路和基于NI采集卡的信号采集系统。3.FBG位移和加速度传感器的设计及特性研究:设计并优化了FBG位移、加速度传感器的机械结构,利用有限元分析软件Comsol对加速度传感器结构进行模态分析,得到了传感器的谐振频率和频响特性,确定了传感器的尺寸大小。搭建实验平台,利用超短FBG的传感解调方法,完成了位移、加速度传感器的标定工作及相关特性测试。
【图文】：

飞行器结构健康监测的先进网格结构

图 1.2 基于 FBG 的复合材料加筋板应变量测量015 年，日本创价大学 Michiko N 采用长尺寸，全同（中心波长相同）Fm铝棒结构和5.5m直升机叶片模型自由振动的自然频率以及静态测试中性[12]。同年，韩国 KAIST 学者 Jin-Hyuk K 将 FBG 传感器阵列埋入到
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V241;TP212

【参考文献】

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本文编号：2670769