CN108645549A - 分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，该***由火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分组成。火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、光环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15‑20个FBG传感器不等。本发明采用了光纤光栅传感技术、光纤光栅解调技术、大型结构件的传感器安装及仿真技术，传感部分具有无电缆、抗电磁干扰、重量轻等特点，实现了火箭贮箱筒段内、外表面的应力检测。
Description
技术领域
本发明涉及火箭筒段应力测量***，特别是分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***。
背景技术
火箭筒段由三块中心角为120°的铝合金壁板拼焊而成，为检测其拼焊后的结构强度及稳定性，在火箭筒段施加载荷过程中，常使用应变片测量测试点的应力变化情况，通常情况一个待测点要测三个方向的应力，一个应变片可同时测量三个方向的应力。
应变片的测量不够精确，且反应较慢，应变片的每个测量方向要单独接一条电路，每次测量数十个点需要接大量的测试线，电线围绕在火箭贮箱周围，一旦焊点脱落，出现故障，排查起来比较困难。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，包括：火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分；所述火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、光环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；所述供电模块提供交流电和直流电，为火箭贮箱筒段应力解调部分供电；所述ASE光源提宽带光，宽带光经环形器后达到1×4光开关，通过FPGA对光开关的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关、环形器将光栅反射回来的光进行CCD阵列光电转换后到达FPGA，经过滤波、放大、A/D转换处理后，数据通过以太网或USB接口模块传递到上位机，转换成光波长和应变、温度，上位机将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析；所述筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15-20个传感器。
本发明的有益效果为：
1、使用光纤光栅传感器作为本***的传感器，体积小、重量轻、制作工艺成熟，本***中选用的光纤光栅传感器是规模化生产的传感器，可粘贴，也可焊接在待测物体表面，测量过程中不会对被测对象产生影响。
2、光纤传感器本征不导电、抗电磁干扰能力强，火箭贮箱材料为铝合金，使用光纤传感器测量火箭贮箱应力变化的信号较为准确。
3、采用80nm宽带ASE光源，在一路串联多个传感器的条件下，能够有效扩宽单个传感器的应变测量范围。
4、该***能够完成应变信号变换、采集、存储及实时显示功能，可以有效预防试验过程中应力过大造成的结构性破坏。
5、该***可以将采集数据保存在指定位置，方便后期应力的仿真与分析。
附图说明
图1为本发明的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***。
具体实施方式
如图1所示，本发明分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，包含火箭贮箱应力解调部分和筒段传感部分，火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源1、光环形器2、CCD阵列3、FPGA4、1×4光开关5、风扇/散热器6、供电模块7、以太网或USB接口模块8、上位机9组成；筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路应变传感器11、12、13，一路温度传感器10，每路15-20个传感器。
分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，最高工作频率5kHz，最低频率1Hz，ASE光源1提供1525nm-1605nm的宽带光源，宽带光经环形器2后达到1×4光开关5，通过FPGA4对1×4光开关5的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关5、环形器2将光栅反射回来的光进行CCD阵列3光电转换后到达FPGA4，经过滤波、放大、A/D转换等处理后，数据通过以太网或USB接口模块8传递到上位机9，转换成光波长和应变、温度，上位机9将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析。
ASE光源1为1525nm-1605nm的宽带光源，光功率为10mW，配备风扇和散热器6及时降低温度，延长光源使用寿命。
FPGA4模块集成度高，包含驱动电路、滤波电路、放大电路、A/D转换电路等，将光电转换后的信号经处理后通过以太网或USB接口8传递到上位机，且FPGA4为光开关提供控制信号。
供电模块7，为上位机9和风扇/散热器6提供220V交流电，为ASE光源1、1×4光开关5、FPGA4、CCD阵列3、以太网或USB接口模块8提供5V直流电。
上位机9，将FPGA4传送的数据进行处理，转换成波长或温度、应变等物理量实时显示；通过显示界面的保存设置，可以将采集数据保存在指定位置，存储格式可以选择为文本格式或者Excel格式。
筒段传感器部分，共有四路FBG传感器，每一路的传感器之间连接方式均为串联。
筒段传感器部分，FBG应变传感器在数据处理时需要去除温度变化引起的波长漂移，FBG温度传感器应安装在火箭贮箱筒段待测点2cm内，靠近待测点附近的应变传感器。
筒段传感部分，FBG传感器都是通过专业设计的弹性贴片封装，固定在火箭贮箱筒段待测点表面，选择焊接的方式固定，传感器安装方便，可直接进行试验，节约准备时间。
Claims (8)
1.一种分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，包括：火箭贮箱筒段应力解调部分和筒段传感部分；
所述火箭贮箱筒段应力解调部分由ASE光源、环形器、CCD阵列、FPGA、1×4光开关、风扇/散热器、供电模块、以太网或USB接口模块、上位机组成；
所述供电模块提供交流电和直流电，为火箭贮箱筒段应力解调部分供电；所述ASE光源提供宽带光，宽带光经环形器后到达1×4光开关，通过FPGA对1×4光开关的控制信号，宽带光将分时进入到相应的FBG传感器通道，测量各个待测点的FBG传感器组成传感网络，1×4光开关、环形器将光栅反射回来的光进行CCD阵列光电转换后到达FPGA，经过滤波、放大、A/D转换处理后，数据通过以太网或USB接口模块传递到上位机，转换成光波长和应变、温度，上位机将试验数据保存到指定位置，进行进一步的仿真分析；
所述筒段传感部分由4路FBG传感组成，其中3路为应变传感器，1路为温度传感器，每路15-20个传感器。
2.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，ASE光源为1525nm-1605nm的宽带光源，光功率10mW。
3.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述供电模块，同时提供220V交流电和5V直流电，其中上位机和风扇/散热器使用220V交流电，ASE光源、光开关、CCD阵列、FPGA、以太网或USB接口模块使用5V直流电。
4.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述1×4光开关，由FPGA提供控制信号；所述风扇/散热器用于ASE光源快速降温。
5.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述上位机,是带以太网通信接口的台式机或笔记本电脑。
6.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述传感器之间连接方式均为串联。
7.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述应变传感器采用弹性贴片封装，固定在火箭贮箱筒段待测点。
8.如权利要求1所述的分布式光纤光栅火箭贮箱筒段应力测量***，其特征在于，所述温度传感器采用弹性贴片封装，固定在火箭贮箱筒段待测点2cm内。
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