基于智能光纤的固体浮力材料测试方法技术

本发明专利技术公开了一种基于智能光纤的固体浮力材料测试方法，本方法将在不同位置刻写多个光纤光栅构成光纤光栅传感器的光纤分布设置于固体浮力材料，且光纤光栅传感器的波长随外界环境的压力变化而变化；信号采集系统的检测光进入光纤光栅传感器产生反射；各光纤光栅反射光谱延时不同，且随环境压力的变化，反射光谱发生漂移；信号处理系统读取反射光谱信息，解析光谱信息中反射峰的漂移量，其大小与光纤光栅所处位置点的压力变化成正比，从而得到该点的压力变化大小，利用光谱信息的时延大小判定光纤光栅所处位置点；通过采集多个光纤光栅的反射光谱，获得每个光纤光栅所处位置点的压力变化大小，从而得到整体固体浮力材料的压力分布。分布。分布。

【技术实现步骤摘要】
基于智能光纤的固体浮力材料测试方法


[0001]本专利技术涉及材料检测
，尤其涉及一种基于智能光纤的固体浮力材料测试方法。

技术介绍

[0002]海洋中蕴藏着丰富的资源和能源，尤其是深海领域，在陆地资源日益枯竭的情况下，向深海开发已成为必然趋势。深海潜水器（简称深潜器），特别是深海载人潜水器，是海洋战略的前沿与制高点，固体浮力材料作为制作深潜器外壳和构件的重要材料成为人们关注的焦点。由于随着潜水深度的增加，压力急剧增加，环境条件恶化，因此随着深潜器下潜的深度增加，对固体浮力材料性能的要求也越来越高。应用于深海的固体浮力材料既要求高的抗压缩强度以承受水压的作用，又要求尽可能低的密度为深潜器的上浮提供一定的浮力。
[0003]固体浮力材料属于复合材料，内部结构复杂，成型工艺稳定性差，在使用过程中力载荷（静水压、冲击、碰撞等）和环境载荷（高温、高湿、高盐分等腐蚀介质）的作用下，结构内部易产生脱粘、裂纹等损伤。及时发现固体浮力材料中的结构损伤与破坏，对避免造成突发性破坏和结构失效具有重要意义。但由于复合材料结构的缺陷与损伤模式具有不易被观察与检测的特点，尽管现有的无损检测技术在浮力材料的损伤检测中可以发挥一定的作用，但其无法进行现场实时检测，无法检测隐秘部位的损伤，对于大尺寸的样品，传统的无损检测技术不仅检测成本高昂，而且检测速度和效率都难以满足各方面的要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于智能光纤的固体浮力材料测试方法，本方法克服传统固体浮力材料无损检测的缺陷，基于内嵌光纤光栅的智能光纤，利用光纤光栅的分布设计，通过时延定位不同位置的光纤光栅信号，提取固体浮力材料的压力分布，实时监测固体浮力材料的健康状况。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术基于智能光纤的固体浮力材料测试方法包括如下步骤：步骤一、将光纤分布设置于固体浮力材料，光纤在不同位置刻写多个光纤光栅构成光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的波长随外界环境的压力变化而变化；步骤二、信号处理系统能够发出检测光，检测光为脉冲调制光，调制的周期由光纤长度决定；脉冲调制光进入光纤光栅传感器产生反射，反射的光谱由反射点的光纤光栅周期决定；步骤三、同一光纤不同位置的光纤光栅反射回信号处理系统的光谱延时不同，每个位置的光纤光栅通过环境压力的变化，光纤光栅的反射光谱发生漂移；步骤四、信号处理系统读取光纤光栅反射的光谱信息，解析光谱信息中反射峰的漂移量，其大小与光纤光栅所处位置点的压力变化成正比，从而得到该点的压力变化大小，
利用光谱信息的时延大小判定光纤光栅所处位置点；步骤五、信号处理系统采集光纤在不同位置的多个光纤光栅的反射光谱，获得每个光纤光栅所处位置点的压力变化大小，从而得到整体固体浮力材料的压力分布。
[0006]进一步，所述信号处理系统与光纤通过光纤熔接的方式进行连接。由于本专利技术基于智能光纤的固体浮力材料测试方法采用了上述技术方案，即本方法将在不同位置刻写多个光纤光栅构成光纤光栅传感器的光纤分布设置于固体浮力材料，且光纤光栅传感器的波长随外界环境压力变化而变化；信号采集系统的检测光进入光纤光栅传感器产生反射；各光纤光栅反射光谱延时不同，且随环境压力的变化，反射光谱发生漂移；信号处理系统读取反射光谱信息，解析光谱信息中反射峰的漂移量，其大小与光纤光栅所处位置点的压力变化成正比，从而得到该点的压力变化大小，利用光谱信息的时延大小判定光纤光栅所处位置点；通过采集多个光纤光栅的反射光谱，获得每个光纤光栅所处位置点的压力变化大小，从而得到整体固体浮力材料的压力分布。本方法克服传统固体浮力材料无损检测的缺陷，基于内嵌光纤光栅的智能光纤，利用光纤光栅的分布设计，通过时延定位不同位置的光纤光栅信号，提取固体浮力材料的压力分布，实时监测固体浮力材料的健康状况。
附图说明
[0007]下面结合附图和实施方式对本专利技术作进一步的详细说明：图1为本专利技术基于智能光纤的固体浮力材料测试方法原理示意图；图2为本专利技术基于智能光纤的固体浮力材料测试方法流程框图。
具体实施方式
[0008]实施例如图1和图2所示，本专利技术基于智能光纤的固体浮力材料测试方法包括如下步骤：步骤一、将光纤分布设置于固体浮力材料，光纤在不同位置刻写多个光纤光栅构成光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的波长随外界环境的压力变化而变化；步骤二、信号处理系统能够发出检测光，检测光为脉冲调制光，调制的周期由光纤长度决定；脉冲调制光进入光纤光栅传感器产生反射，反射的光谱由反射点的光纤光栅周期决定；其中，光纤光栅由纤芯折射率局部周期变化的光纤构成的传感元件，其折射率变化一个周期的长度为光纤光栅周期；步骤三、同一光纤不同位置的光纤光栅反射回信号处理系统的光谱延时不同，每个位置的光纤光栅通过环境压力的变化，光纤光栅的反射光谱发生漂移；步骤四、信号处理系统读取光纤光栅反射的光谱信息，解析光谱信息中反射峰的漂移量，其大小与光纤光栅所处位置点的压力变化成正比，从而得到该点的压力变化大小，利用光谱信息的时延大小判定光纤光栅所处位置点；步骤五、信号处理系统采集光纤在不同位置的多个光纤光栅的反射光谱，获得每个光纤光栅所处位置点的压力变化大小，从而得到整体固体浮力材料的压力分布。
[0009]优选的，所述信号处理系统与光纤通过光纤熔接的方式进行连接。
[0010]本方法通过在一根光纤上分布刻写多个光纤光栅，进行压力的分布式信号读取，
信号处理系统利用反射光谱的时延大小判定光纤光栅的位置信号，并得到对应光纤光栅的反射光谱信号，从而得到整体固体浮力材料的压力分布，实时监测固体浮力材料的健康状况。
[0011]本方法通过光纤内嵌于浮力材料中，且能够实时在线监测浮力材料的工作状态，本方法应用于浮力材料的实际工作状态中，利用光纤光栅实时灵敏地测量压力的变化，实现固体浮力材料的实时监测，通过分布式测量，提取固体浮力材料整体的压力分布。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于智能光纤的固体浮力材料测试方法，其特征在于本方法包括如下步骤：步骤一、将光纤分布设置于固体浮力材料，光纤在不同位置刻写多个光纤光栅构成光纤光栅传感器，光纤光栅传感器的波长随外界环境的压力变化而变化；步骤二、信号处理系统能够发出检测光，检测光为脉冲调制光，调制的周期由光纤长度决定；脉冲调制光进入光纤光栅传感器产生反射，反射的光谱由反射点的光纤光栅周期决定；步骤三、同一光纤不同位置的光纤光栅反射回信号处理系统的光谱延时不同，每个位置的光纤光栅通过环境压力的变化，光纤光栅的反射...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘学静，毕卫红，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：