Устройство контроля напряженно-деформируемого состояния конструкции летательного аппарата

Изобретение относится к устройствам контроля на основе использования сигналов волоконно-оптических брегговских датчиков и многовитковых волоконно-оптических датчиков на внутрисветовом эффекте Доплера и может быть использовано для контроля технического состояния деталей и узлов конструкции летательных аппаратов.

Известно устройство контроля на основе волоконно-оптических брегговских датчиков (патент РФ №2510609, МПК G01B 11/16, опубл. 10.04.2014 г.). Устройство содержит суперлюминисцентный диод, изолятор, оптический разветвитель, оптический переключатель, опорные брегговские решетки, схему термостабилизации, фотоприемное устройство и блок регистрации и преобразования.

Недостатком устройства является ограниченная возможность измерения деформаций только в конкретной точке конструкции посредством волоконно-оптического брегговского датчика. Отсюда следует сложность устройства, обусловленная необходимостью установки большого количества брегговских датчиков для покрытия всей площади контролируемой конструкции сетью точечных датчиков.

Известен волоконно-оптический датчик на внутрисветовом эффекте Доплера (Сб. трудов «MASTER S. JOURNAL" №1, 2015 г., с. 67-72), основным чувствительным элементом которого является катушка из оптического волокна. С помощью такого датчика можно контролировать не отдельные участки конструкции, а некоторую площадь конструкции, что позволит сократить количество датчиков, работающих на эффекте Брэгга.

В качестве прототипа выбрано устройство по патенту №2555258, МПК B64D 43/02, В64С 27/46, опубл. 10.07.2015 г. Устройство содержит волоконно-оптические датчики на основе брегговской решетки, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок хранения информации, блок анализа информации, блок спектрального анализа.

Основной функцией устройства является генерация оптического излучения и обработка сигналов с волоконно-оптических датчиков.

Недостатком прототипа является необходимость использования большого количества датчиков, т.к. один датчик дает информацию по одной точке измерения.

Технической задачей изобретения является увеличение контролируемой площади конструкции, повышение точности и достоверности контроля напряженно-деформируемых состояний конструкции и уменьшение количества используемых брегговских датчиков за счет применения многовитковых волоконно-оптических датчиков на внутрисветовом эффекте Доплера, позволяющих контролировать напряженно-деформируемое состояние не в одной точке, а на достаточно обширной площади.

Технический результат достигается тем, что устройство контроля напряженно-деформируемого состояния конструкции летательного аппарата содержит измерительные каналы на волоконно-оптических брегговских датчиках, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок спектрального анализа и блок хранения и анализа информации, первый вход/выход которого соединен с входом/выходом блока источника света, первый выход блока хранения и анализа информации подключен к второму входу блока волоконно-оптической коммутации, второй вход/выход блока хранения и анализа информации соединен с входом/выходом блока спектрального анализа, вход последнего подключен к выходу блока волоконно-оптической коммутации, первый вход последнего соединен с выходом блока источника света, причем к измерительным входам/выходам блока волоконно-оптической коммутации подключены каналы волоконно-оптических брегговских датчиков, причем к дополнительным измерительным входам/выходам блока волоконно-оптической коммутации подключены каналы многовитковых волоконно-оптических датчиков на внутрисветовом эффекте Доплера.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где приведена структурная схема устройства.

Устройство содержит N измерительных каналов на волоконно-оптических брегговских датчиках (N≥1) и М измерительных каналов на многовитковых оптических датчиках на внутрисветовом эффекте Доплера, (М≥1), блок 1 волоконно-оптической коммутации, блок 2 источника света, блок 3 спектрального анализа, блок 4 хранения и анализа информации, первый вход блока 1 соединен с выходом блока 2, второй вход блока 1 подключен к входу блока 3, вход/выход блока 2 соединен с первым входом/выходом блока 4, а вход/выход блока 3 подключен к второму входу/выходу блока 4, второй выход которого является внешним выходом устройства, при этом входы/выходы блока 1 соединены с N волоконно-оптическими брегговскими датчиками и М многовитковыми волоконно-оптическими датчиками на внутрисветовом эффекте Доплера.

Устройство работает следующим образом.

Блок 2 генерирует широкополосный оптический сигнал, преобразованный в последовательность узкополосных оптических сигналов, которые через блок последовательно во времени подаются на входы N волоконно-оптических брегговских датчиков и на входы М многовитковых волоконно-оптических датчиков на внутрисветовом эффекте Доплера. Вышеуказанные оптические сигналы, отраженные от волоконно-оптических брегговских датчиков и преобразованные в многовитковых волоконно-оптических датчиках на внутрисветовом эффекте Доплера, последовательно во времени через блок 1 поступают на оптический вход блока 3. При воздействии внешних нагрузок изменяется спектр отраженного от них оптического излучения. Изменение спектра отраженного излучения несет информацию о механических нагрузках на контролируемые участки конструкций, причем каждому датчику соответствует определенная полоса спектра излучения блока 2. В блоке 3 отражения оптического излучения от каждого датчика преобразуются в цифровой сигнал и поступают в блок 4, где каждый сигнал анализируется путем пересчета изменения спектра оптического сигнала в действующую нагрузку по ранее известным зависимостям, получаемым при тарировке датчиков. Полученные данные о нагрузках в блоке 4 хранятся и последовательно выдаются по определенному протоколу по цифровой линии во внешние устройства. Блок 4 обеспечивает последовательное подключение узкополосных сигналов, формируемых блоком 2 к каждому датчику, причем в каждый момент времени в зависимости от излучаемой блоком 2 узкой полосы сигнала будет подключен только один из датчиков, настроенный на излучаемую полосу частот.

Таким образом, использование в устройстве двух типов оптических датчиков позволяет увеличить контролируемую площадь конструкции, повысить достоверность контроля напряженно-деформируемых состояний конструкции и уменьшить количество используемых брегговских датчиков.