[發(fā)明專利]一種基于光開關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010190304.0
• 申請(qǐng)日: 2010-06-02
• 公開（公告）號(hào): CN101881631A
• 公開（公告）日: 2010-11-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾捷;梁大開;張曉麗;徐海偉;陸觀
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/26
• 分類號(hào): G01D5/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，應(yīng)用于智能材料、航空航天器、機(jī)械結(jié)構(gòu)、土木建筑等領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

各種航空航天飛行器中，結(jié)構(gòu)在服役中將受到各種載荷和突發(fā)性外在因素的影響而出現(xiàn)局部損傷，且損傷的模式復(fù)雜多樣，使得損傷預(yù)報(bào)與判別的難度加大。光纖FBG傳感器(Fiber?Bragg?Grating，F(xiàn)BG)因具有質(zhì)量輕、體積小、耐腐蝕、易于實(shí)現(xiàn)分布式等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在智能材料中得到了廣泛的應(yīng)用。若在結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)安置FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)，且配備恰當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)分析和記錄設(shè)備，即可知道結(jié)構(gòu)部件的負(fù)載歷史，從而對(duì)結(jié)構(gòu)的實(shí)際承載能力做出較真實(shí)的評(píng)估，以提高航空航天結(jié)構(gòu)的生存能力。美國諾斯羅普-格魯門公司將FBG傳感器安裝在F-18戰(zhàn)斗機(jī)機(jī)翼蒙皮上，實(shí)時(shí)在線檢測(cè)機(jī)翼上受力分布及結(jié)構(gòu)損傷。波音公司在新型飛機(jī)7E7上采用FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)其結(jié)構(gòu)健康狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)；日本橫濱長(zhǎng)跨徑懸索大橋采用由20個(gè)FBG傳感器構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)對(duì)其狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；洛克希德-馬丁公司采用FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)X-33箱體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和溫度場(chǎng)的變化。

工程應(yīng)用中，F(xiàn)BG監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感網(wǎng)絡(luò)通常連接成分布式或準(zhǔn)分布式網(wǎng)絡(luò)并埋置或粘貼在監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)中。這種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是當(dāng)傳感器網(wǎng)絡(luò)某處發(fā)生損傷或斷裂時(shí)，位于其后的所有傳感器均會(huì)受到影響，且一旦出現(xiàn)故障很難對(duì)其進(jìn)行修復(fù)。隨著FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，其可靠性已成為迫切需要解決的問題。目前人們普遍通過增強(qiáng)FBG傳感器的保護(hù)來提高其網(wǎng)絡(luò)的可靠性，這種方法一方面會(huì)增加FBG傳感器的成本，另一方面會(huì)增加FBG傳感器的直徑，進(jìn)而影響被監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)的性能。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)背景技術(shù)中提出的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的缺點(diǎn)，提出了基于光開關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

技術(shù)方案：

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，采用如下技術(shù)方案：

一種基于光開關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括光纖光柵解調(diào)儀、光開關(guān)、第一耦合器、第二耦合器、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)；其中光纖光柵解調(diào)儀的輸出端與光開關(guān)的輸入端相連接，光開關(guān)的輸出端分別與第一耦合器的輸入端、第二耦合器的輸入端相連接，第一耦合器的輸出端、第二耦合器的輸出端分別與分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的兩端連接。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于光開關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)包括N根并行的FGB傳感器支路，其中每根FGB傳感器支路由M個(gè)FGB傳感器及和傳輸光纖串聯(lián)組成，其中每個(gè)傳感器的中心波長(zhǎng)不同，N、M分別為≥2的正整數(shù)。

進(jìn)一步的，本發(fā)明的基于光開關(guān)的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中光纖光柵解調(diào)儀采用Si425解調(diào)儀。

有益效果：

本發(fā)明通過在傳統(tǒng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中引入光開關(guān)，當(dāng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的某個(gè)FBG傳感器或某段傳輸光纖受損或斷裂時(shí)，通過對(duì)光開關(guān)進(jìn)行切換，為受影響的全部或部分完好FBG傳感器重新提供傳輸路徑，使網(wǎng)絡(luò)中盡可能多的完好傳感器信號(hào)得到解調(diào)，從而在不需要改變單個(gè)FBG傳感器可靠性的情況下提高整個(gè)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖2是分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)。

圖3是傳統(tǒng)FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

圖中各標(biāo)號(hào)名稱：1、光纖光柵解調(diào)儀，2、光開關(guān)，3、第一耦合器，4、FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)，5、第二耦合器，6、7、8、9、均為FBG傳感器，10、傳輸光纖。

具體實(shí)施方案：

下面結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施作進(jìn)一步的詳細(xì)描述：

如圖1所示，是本發(fā)明的FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括光纖光柵解調(diào)儀1、光開關(guān)2、第一耦合器3、第二耦合器5、分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)4；其中光纖光柵解調(diào)儀1的輸出端與光開關(guān)2的輸入端相連接，光開關(guān)2的輸出端分別與第一耦合器3的輸入端、第二耦合器5的輸入端相連接，第一耦合器3的輸出端、第二耦合器5的輸出端分別與分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)4的兩端連接。系統(tǒng)中所需的元器件均可以直接購買，其中光纖光柵解調(diào)儀1可采用Si425解調(diào)儀。

圖2是分布式FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)。圖中的網(wǎng)絡(luò)包含兩條支路，每一條支路由不同中心波長(zhǎng)的多個(gè)FBG傳感器串聯(lián)而成，每個(gè)FBG傳感器放置于被測(cè)對(duì)象上需要監(jiān)測(cè)的部位，當(dāng)被測(cè)量如應(yīng)變或溫度發(fā)生變化時(shí)，對(duì)應(yīng)的FBG傳感器的中心波長(zhǎng)發(fā)生變化，通過分析中心波長(zhǎng)的變化量，即可獲得待測(cè)量的變化情況，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)對(duì)象的實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)。