[发明专利]一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法

权利要求书

1.一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一：在飞机机翼上布贴光纤光栅传感器

在机翼表面，沿机翼刚轴布贴光纤光栅传感器n组，将机翼刚轴分为n+2个单元；每组光纤光栅传感器都是由三个波长各异的光纤光栅组成的直角应变花；

步骤二：利用光纤光栅传感器解调设备采集并记录光纤光栅信号，并将光纤光栅传感器中心波长信号转变为测点应变值，此信号为光纤光栅传感器中心波长λ，将λ转换为测点的应变值ε；

步骤三：机翼表面沿刚轴方向的应变求解

由于光纤光栅传感器布贴在机翼蒙皮表面，假设传感器测量值既处于平面应力状态也处于平面应变状态，利用平面应变方程与胡克定律，求得沿刚轴方向的应变x是光纤光栅传感器组在X轴上的位置；E是弹性模量；

步骤四：单元抗弯刚度标定

在机翼刚轴的末端位置，施加一个已知的集中力F，获得各个光纤光栅传感器测点的弯矩M，从而计算出标定的单元抗弯刚度EI；

步骤五：利用测点应变值计算弯矩

在已知的抗弯刚度下，利用测量得到的测点应变值ε，计算得到测点的弯矩；

通过以上步骤，在飞机机翼上布贴n组光纤光栅传感器，通过在机翼刚轴的末端位置，施加一个已知的集中力，并利用机翼表面的平面应力状态，建立应变与弯矩的关系，达到了将光纤光栅传感器测量的应变转化为弯矩的效果，解决了机翼弯矩实时监测的问题。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，其特征在于：在步骤一中所述的光纤光栅传感器，是指一种通过外界应变变化对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息的波长调制型光纤传感器；

其中，在步骤一中所述的直角应变花，是指一种基于传统应变片直角应变花，利用光纤光栅传感器改良的光纤光栅直角应变花，取三个光纤光栅传感器，使之在平面上形成0°、45°和90°的方式布置排列而成。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，其特征在于：在步骤二中所述的利用光纤光栅传感器解调设备采集并记录光纤光栅信号，并将光纤光栅传感器中心波长信号转变为测点应变值，其作法如下：

设光纤光栅传感器的初始中心波长为λ₀，测量得到的中心波长为λ，则有应变其中β为光纤的应变敏感系数。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的飞机机翼弯矩实时监测方法，其特征在于：在步骤三中所述的利用平面应变方程与胡克定律，求得沿刚轴方向的应变其作法如下：

首先，FBG1、FBG2和FBG3所测量得到的应变分别记为ε_0°、ε_45°和ε_90°，根据平面应变方程

求得ε_x、ε_y和γ_xy

ε_x＝ε_0°

ε_y＝ε_90°

γ_xy＝ε_0°+ε_90°-2ε_45°

从而得到主应变方向，方向角β为

主应变ε₁和ε₂分别表示为ε_β和ε_(β+90°)，如下：

其次，由于主应变和主应力的方向是重合的，并由于光纤光栅传感器布贴在机翼蒙皮表面，假设传感器测量值既处于平面应力状态也处于平面应变状态，根据胡克定律

其中，求得主应力和及其方向；

最后，根据主应力及其方向，利用平面应力摩尔圆，求得沿机翼刚轴，也就是X轴方向的在不同光纤光栅传感器布贴组处的应变其中，x是光纤光栅传感器组在X轴上的位置。