探索航天器桁架变形监测新技术:山东双测的光纤光栅传感技术实践

在航天领域,大型航天器的桁架结构变形监测直接关系到航天器的运行安全。山东双测安全信息技术产业研究院有限公司作为业界领先的光纤传感器技术提供商,成功运用光纤光栅传感技术,为大型航天器桁架变形监测提供了高效、精准的解决方案。
光纤光栅传感器属于光纤传感器的一种,基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤波长的调制来获取传感信息,是一种波长调制型光纤传感器。在普通光纤中,让纤芯折射率随周期变化就构成了结构最简单的均匀光纤光栅,其传感原理为在光纤纤芯中传播的光将在每个光栅面处发生散射,如果不能满足布拉格条件(入射光与反射光频率相同;入射波矢量与光栅波矢量之和等于散射波矢量),依次排列的光栅平面反射的光相位将会逐渐变得不同直到最后相互抵消;如果能够满足布拉格条件,每个光栅平面反射回来的光逐步累加,最后会在反向形成一个反射峰,中心波长由光纤参数决定。即FBG实质是一种窄带滤波器,它将很窄频带内的光反射回去(反射率可达90%以上),而其余频带的光就透射出去。
光纤传感器用光作为信息的载体,用光纤作为传递信息的媒质,具有光纤和光学测量的一些特点。
(a)抗电磁干扰。光纤传感器应用光纤的光学特性,因此可以抵抗电磁干扰,特别适用于大电流、强磁场、强辐射等环境,能够解决很多传统传感器无法解决的问题;
(b)电绝缘。光纤传感器中的光纤是电介质,敏感元件也可用电介质制作,因此具有良好的电绝缘性,特别适合高压供电系统的测量;
(c)高灵敏度。利用光作为信息载体,因此具有光学测量高灵敏度的特点,可以实现某些精密测量;
(d)低损耗。由于光纤的传输损耗很小,因此利用光纤传感器技术可实现对被测量的远距离监控。
而FBG作为光纤传感器中的一种,又有其独特的优点。
(a)传感头结构简单、体积小、重量轻、外形可变,适合埋入大型结构中,可测量结构内部的应力、应变及结构损伤等,稳定性、重复性好;
(b)与光纤之间存在天然的兼容性,易与光纤连接、低损耗、光谱特性好、可靠性高;
(c)具有非传导性,对被测介质影响小,又具有抗腐蚀、抗电磁干扰的特点,适合在恶劣环境中工作;
(d)轻巧柔软,可以在一根光纤中写入多个光栅,构成传感阵列,与波分复用和时分复用系统相结合,实现分布式传感;
(e)测量信息是波长编码的,所以,光纤光栅传感器不受光源的光强波动、光纤连接及耦合损耗、以及光波偏振态的变化等因素的影响,有较强的抗干扰能力;
(f)高灵敏度、高分辨力。
目前来说,光纤光栅传感技术已经在航空、航天领域中的无损检测当中被成功的应用,同时还可以在地球动力学、化学医药、材料工业、水利水电、船舶、煤矿等领域应用,以及在土木工程领域中的混凝土组件和结构中测定结构的完整性及内部应变性。
光纤光栅传感器以其高灵敏度、高分辨率和抗干扰能力强的特点,在航天器桁架变形监测中发挥了不可替代的作用。山东双测通过深入研究光纤光栅传感技术的原理和应用,结合航天器桁架结构的实际特点,成功设计并搭建了一套基于光纤光栅传感技术的大型航天器桁架变形监测平台。

该平台通过布置在桁架结构关键位置的光纤光栅传感器,实时监测桁架在受到各种载荷作用下的变形情况。传感器将采集到的变形数据通过光纤传输至数据处理中心,经过精确的分析和处理,能够实时反映桁架的变形状态,为航天器的安全运行提供重要保障。光纤光栅传感具有非传导性和抗电磁干扰的特性。这使得传感器能够在航天器所处的复杂电磁环境中稳定工作,不受外界干扰,确保监测数据的准确性和可靠性。

光纤光栅传感器还具有轻巧柔软的特点,便于在航天器桁架结构中灵活布置。同时,其高灵敏度和高分辨率使得平台能够捕捉到桁架结构的微小变形,为航天器的精细控制提供有力支持。随着航天技术的不断发展,对航天器桁架变形监测的要求也越来越高。山东双测将继续致力于光纤光栅传感技术的研发和创新,为航天事业的发展贡献更多力量。