[发明专利]基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统

说明书

一种基于无源光纤传感器的民机结构腐蚀探测系统(100)，最大程度地减小民机结构腐蚀探测系统的安装对飞机的原有结构造成的影响，且优选地，能自动化地实现飞机结构腐蚀程度监测、维修时间预测、报警等。所述民机结构腐蚀探测系统包括：传感探测系统(110)，其用于对飞机上的多个腐蚀部位的腐蚀程度进行探测，并且对应于每个腐蚀部位配置具有所述无源光纤传感器的芯层光纤(112)；数据传输系统(120)，其用于对由所述传感探测系统的所述无源光纤传感器探测到的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行储存；以及腐蚀监测系统(130)，其用于对从所述数据传输系统获取的有关各腐蚀部位的腐蚀程度的数据进行分析，并能执行量化、监控、告警和指示动作。

技术领域

本发明涉及一种用于民用飞机的金属结构腐蚀传感探测系统。

背景技术

飞机运营过程中，内部结构与大气、货物中的水汽、水及水中溶解的电解质长期接触，容易被腐蚀。另外，飞机内需拆卸检查的半封闭式结构，受限于操作空间和时间，通常每隔较长一段时间才会进行一次地面检测。当检测到腐蚀时，内部结构往往已形成了较为严重的腐蚀损伤，造成较大的材料更换成本、人工成本与时间成本。

为了避免情形的发生，现有技术中已开始使用下面不同种类的腐蚀探测器来探测内部结构是否被腐蚀。

(1)电压腐蚀探测器

目前，飞机的腐蚀探测技术大多基于腐蚀缺口影响电压的原理，

设计成电压腐蚀探测器等。此类电压腐蚀探测器的共同点是需要供电端口和示波器，若在机上安装在所有不易检查的部位，则需要对供电系统进行较大改动。另一方面，此类电压腐蚀探测器的电极片需直接铺贴在金属结构的表面，长期作业工况下，电极片的保护和校准程度都难以保证。

(2)无源腐蚀探测器

除了电压腐蚀探测器之外，市场上存在使用无源(即，无电源)传感器的无源腐蚀探测器。无源传感器是一类适用于难供电区域的、不需要外接电源的传感器。最典型的一种是光纤传感器，它是一种在光纤表面镀上一层与目标结构相同的金属薄膜，以光信号作为探测介质的传感器。它的原理是：

当金属薄膜未发生腐蚀时，金属薄膜折射率高，光通过金属薄膜后内反射显著减小，信号接收器接收的光信号高阶振型弱；

当金属薄膜发生腐蚀时，芯层的光纤与折射率较低的空气、水汽及铝合金腐蚀产物接触，光通过金属薄膜后内反射减小程度减弱，信号接收器接收的光信号高阶振型增强；

信号接收器接收的光信号高阶振型增强的程度能表征光纤传感器金属薄膜的腐蚀程度，而金属薄膜的腐蚀程度则能反映该区域在此环境下的结构腐蚀程度。

(3)集成了无源腐蚀探测器的腐蚀探测系统

无源光纤腐蚀传感器目前常见于建筑或是管道结构的腐蚀探测系统。

现有技术中，作为一个示例，例如在中国专利申请公开CN111879691A中公开了一种基于光纤表面等离子体共振的大气腐蚀性监测装置及方法，如图5所示，该大气腐蚀性监测装置通过光纤跳线5连接光源3、光纤传感器和光谱分析仪6，光纤传感器如图6所示包括传感光纤1和镀在传感光纤1包层外表面的抛磨区域的金属薄膜2，金属薄膜2腐蚀后，传感光纤1输出含薄膜表面等离子体共振波的光信号，通过光纤跳线5输入至光谱分析仪6，确定等离子共振波长及其对应的金属薄膜2厚度变化，并计算单位时间内金属薄膜2的金属腐蚀速率。

此外，现有技术中，作为另一个示例，例如在中国专利申请公开CN112986119A中公开了一种基于光纤光缆的管道腐蚀监测系统及方法，如图7所示，该管道腐蚀监测系统通过光纤光缆2连接宽带光源1、开放式传感器及其保护盒7、信号采集与处理系统8，金属丝6附着在光纤光缆2上，当金属丝6腐蚀时光信号变化，传感器连入信号采集与处理系统8，结合相应软件系统扫描传感器信号，进行检测并对数据进行记录，结合相应的算法得出金属丝6的腐蚀速率。