檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型fbg傳感器及方法
【專利摘要】本發明公開了一種檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器及方法，包括光纖、鋁合金膜、數據采集儀，其特征是：所述光纖外部鍍有鋁合金膜，所述光纖與數據采集儀連接，所述光纖為光纖布拉格光柵光纖，所述鋁合金膜與光纖布拉格光柵光纖中光柵的位置相對應，且鋁合金膜的長度大于光纖布拉格光柵光纖中光柵的長度，所述數據采集儀為FBG傳感器數據采集儀，所述鋁合金膜為LC4CS鋁合金膜，且LC4CS鋁合金膜的厚度大于10微米，本發明通過在FBG光纖柵區直接鍍膜，實現對飛機特定材料的腐蝕監測，避免人工檢查的不確定性和誤差，達到提高飛機的使用可靠性的目的。
【專利說明】
檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器及方法
[0001]技術領域:
本發明涉及一種鋁材腐蝕檢測裝置，特別是涉及一種檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器及方法。
[0002]【背景技術】:
目前飛機中關鍵承力結構為金屬材料，且大部分結構為鋁合金。飛機在使用中范圍、區域廣，包括地面停放、中低空飛行和高空飛行等，在地面停放和中低空飛行時，大氣污染嚴重，空氣中的水分、硫化物和其他鹽類都將對金屬結構產生腐蝕，尤其是鋁合金結構，如果是因為高應力的作用或其他原因導致防護層出現裂紋，使腐蝕環境與鋁合金材料直接接觸，則腐蝕加劇，特別是對晶間腐蝕敏感的LC4CS型材。在極端情況下結構防護系統不完善，密封與排水性能不好，造成結構局部長期積水，會進一步加速腐蝕，以至于發生一些突發性事故。當前在機務工作中對飛機腐蝕檢查、控制的一般是靠地勤人員，它具有簡單、直接的優點，但隨著飛機結構的日趨復雜、很多部位可達性不好，且表面有漆層等覆蓋，靠人工來檢查具有很強的不確定性，且人工檢查必然會伴隨著因知識能力不足造成的失誤和人為的各種誤差。
[0003]
【發明內容】
:
本發明所要解決的技術問題是:克服現有技術的不足，提供一種結構簡單，通過在FBG光纖柵區直接鍍膜，實現對飛機特定材料的腐蝕監測，避免人工檢查的不確定性和誤差，提高飛機的使用可靠性的檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器及方法。
[0004]本發明的技術方案是:一種檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器，包括光纖、鋁合金膜、數據采集儀，所述光纖外部鍍有鋁合金膜，所述光纖與數據采集儀連接，所述光纖為光纖布拉格光柵光纖，所述鋁合金膜與光纖布拉格光柵光纖中光柵的位置相對應，且鋁合金膜的長度大于光纖布拉格光柵光纖中光柵的長度。
[0005]所述數據采集儀為FBG傳感器數據采集儀，所述鋁合金膜為LC4CS鋁合金膜，且LC4CS鋁合金膜的厚度大于10微米。所述數據采集儀與數據分析處理裝置連接。
[0006]一種檢測鋁材腐蝕的方法，把權利要求1-3任一項中所述的柵區直接鍍膜型FBG傳感器隨被監測鋁材或被監測鋁材構成的結構件一起固定使用，鋁合金膜在銹蝕作用下產生剝離或點蝕，利用鋁合金的熱膨脹系數大于光纖的熱膨脹系數，和鍍膜時的高溫與成膜后低溫的變換，實現常溫中鋁合金膜對FBG光纖光柵的預壓應力，隨著鋁合金膜表面層的材料逐漸減少，鋁合金膜和厚度減小，其對光柵產生的預壓應力也隨之減小，使其光柵的中心波長發生偏移，FBG傳感器數據采集儀把偏移量傳輸給數據分析處理裝置處理，消除溫度的影響，實現對鋁材腐蝕的監控。
[0007]所述鋁材為LC4CS鋁材，所述消除溫度的影響通過采用光纖光柵溫度補償的方法實現。所述改變柵區直接鍍膜型FBG傳感器中鋁合金膜的厚度，調節柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度。
[0008]所述鋁合金膜的厚度較大時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較低；所述鋁合金膜的厚度較小時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較高。
[0009]本發明的有益效果是:
1、本發明通過在FBG光纖柵區直接鍍膜，實現對飛機特定材料的腐蝕監測，避免人工檢查的不確定性和誤差，達到提高飛機的使用可靠性的目的。
[0010]2、本發明在鍍膜時改變柵區直接鍍膜型FBG傳感器中鋁合金膜的厚度，調節柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度，便于達到合適檢測腐蝕靈敏度。
[0011]3、本發明采用光纖布拉格光柵光纖，用光纖傳輸代替電線傳輸，速度快，準確度高，解決了信號傳輸過程中的損耗和容易受電磁噪聲的干擾的問題。
[0012]4、本發明利用鋁合金的熱膨脹系數大于光纖的熱膨脹系數，和鍍膜時的高溫與成膜后低溫的變換，實現常溫中鋁合金膜對FBG光纖光柵的預壓應力，再利用光纖布拉格光柵光纖對應變力的檢測特性，實現了對鋁材腐蝕的檢測。
[0013]【附圖說明】:
圖1為檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器的結構示意圖。
[0014]圖2為檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器局部結構示意圖。
[0015]圖3為檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器的鍍膜步驟。
[0016]【具體實施方式】:
實施例:參見圖1、圖2、圖3，圖中，1-光纖、2-鋁合金膜、3-光柵、4-纖芯、5-數據采集儀、6-數據分析處理裝置。
[0017]檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器:包括光纖1、鋁合金膜2、數據采集儀5，光纖I外部鍍有鋁合金膜2，光纖I與數據采集儀5連接，光纖I為光纖布拉格光柵光纖，鋁合金膜2與光纖布拉格光柵光纖中光柵3的位置相對應，且鋁合金膜2的長度大于光纖布拉格光柵光纖中光柵3的長度。
[0018]數據采集儀5為FBG傳感器數據采集儀，鋁合金膜2為LC4CS鋁合金膜，且LC4CS鋁合金膜的厚度大于10微米。數據采集儀5與數據分析處理裝置6連接。
[0019]檢測鋁材腐蝕的方法，把權利要求1-3任一項中所述的柵區直接鍍膜型FBG傳感器隨被監測鋁材或被監測鋁材構成的結構件一起固定使用，鋁合金膜2在銹蝕作用下產生剝離或點蝕，利用鋁合金的熱膨脹系數大于光纖I的熱膨脹系數，和鍍膜時的高溫與成膜后低溫的變換，實現常溫中鋁合金膜2對FBG光纖光柵3的預壓應力，隨著鋁合金膜2表面層的材料逐漸減少，鋁合金膜2的厚度減小，其對光柵3產生的預壓應力也隨之減小，使其光柵2的中心波長發生偏移，FBG傳感器數據采集儀把偏移量傳輸給數據分析處理裝置6處理，消除溫度的影響，實現對鋁材腐蝕的監控。
[0020]鋁材為LC4CS鋁材，消除溫度的影響通過采用光纖光柵溫度補償的方法實現。改變柵區直接鍍膜型FBG傳感器中鋁合金膜2的厚度，調節柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度。
[0021]鋁合金膜2的厚度較大時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較低；鋁合金膜2的厚度較小時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較高。
[0022]光纖布拉格光柵光纖鍛膜過程:
對光纖布拉格光柵光纖表面進行預處理，保證膜層的完整、均勻，利用機械外力除去光纖布拉格光柵處起保護作用的涂覆層，長度約為2 cm?3 cm，用浸有酒精的無塵紙擦拭數次，去除表面的雜質與油脂，保持處理后的光纖表面干凈無雜質、干燥，采用磁偏轉式電子束真空鍍膜機進行鍍鋁合金膜2，鍍鋁合金膜2前將不需要鍍鋁合金膜2的地方用錫紙包裹，起隔離作用，將預處理后的光纖布拉格光柵光纖整齊地固定在專用的樣品架上，用蓋板保護光纖布拉格光柵光纖的尾纖，使光纖布拉格光柵光纖中去涂覆層的部分位于懸空狀態，鍍膜三小時，鍍好鋁合金膜2的光纖布拉格光柵光纖由于溫度較高，外部有金屬束縛，其脆性會增加，易折斷，應當小心去除錫紙。
[0023]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。
【主權項】
1.一種檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器，包括光纖、鋁合金膜、數據采集儀，其特征是:所述光纖外部鍍有鋁合金膜，所述光纖與數據采集儀連接，所述光纖為光纖布拉格光柵光纖，所述鋁合金膜與光纖布拉格光柵光纖中光柵的位置相對應，且鋁合金膜的長度大于光纖布拉格光柵光纖中光柵的長度。2.根據權利要求1所述的檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器，其特征是:所述數據采集儀為FBG傳感器數據采集儀，所述鋁合金膜為LC4CS鋁合金膜，且LC4CS鋁合金膜的厚度大于10微米。3.根據權利要求1所述的檢測鋁材腐蝕的柵區直接鍍膜型FBG傳感器及方法，其特征是:所述數據采集儀與數據分析處理裝置連接。4.一種檢測鋁材腐蝕的方法，其特征是:把權利要求1-3任一項中所述的柵區直接鍍膜型FBG傳感器隨被監測鋁材或被監測鋁材構成的結構件一起固定使用，鋁合金膜在銹蝕作用下產生剝離或點蝕，利用鋁合金的熱膨脹系數大于光纖的熱膨脹系數，和鍍膜時的高溫與成膜后低溫的變換，實現常溫中鋁合金膜對FBG光纖光柵的預壓應力，隨著鋁合金膜表面層的材料逐漸減少，鋁合金膜和厚度減小，其對光柵產生的預壓應力也隨之減小，使其光柵的中心波長發生偏移，FBG傳感器數據采集儀把偏移量傳輸給數據分析處理裝置處理，消除溫度的影響，實現對鋁材腐蝕的監控。5.根據權利要求4所述的檢測鋁材腐蝕的方法，其特征是:所述鋁材為LC4CS鋁材，所述消除溫度的影響通過采用光纖光柵溫度補償的方法實現。6.根據權利要求4所述的檢測鋁材腐蝕的方法，其特征是:所述柵區直接鍍膜型FBG傳感器中鋁合金膜厚度的調節，改變柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度。7.根據權利要求6所述的檢測鋁材腐蝕的方法，其特征是:所述鋁合金膜的厚度較大時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較低；所述鋁合金膜的厚度較小時，柵區直接鍍膜型FBG傳感器對腐蝕的靈敏度較高。
【文檔編號】G01N21/00GK105987876SQ201510061460
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月6日
【發明人】高濤, 陳璞, 韓梅, 郭輝, 楊鈺, 畢大園
【申請人】中國人民解放軍空軍第航空學院, 中國人民解放軍空軍第一航空學院