[发明专利]航天水升华器混合式光纤传感监测装置和监测方法

摘要

本发明公开了一种水升华器混合式光纤传感监测装置及监测方法，所述水升华器混合式光纤传感监测装置从输入到输出通过多芯光缆依序连接设置了包括混合光源模块、光功率分配模块、多芯光缆；光纤耦合器阵列模块、多芯高气密光纤过墙法兰、耐低温光纤温度传感器阵列、耐低温光纤压力传感器阵列、耐低温光纤振动传感器阵列、多光纤传感器固定支架、光谱扫描接收组件、低相干干涉条纹接收组件和混合式光纤信号接收模块以及数据采集处理单元。与现有技术相比，本发明混合多种光纤传感技术，将振动、温度和压力信号共同作为表征水升华器的工作状态的物理量，通过同时对三个信号进行解调和数据融合分析，准确地分析和判断出水升华器的工作状态。

主权项

一种航天水升华器混合式光纤传感监测装置，包括空间环境模拟器（9）、航天水升华器（10）和水升华器混合式光纤传感监测装置，其特征在于，所述水升华器混合式光纤传感监测装置从输入到输出通过多芯光缆（6）依序连接设置了由1550nm波段可调谐光源组件（1）、1310nm波段窄带光源组件（2）和550nm波段宽带光源组件（3）组成的混合光源模块（4）、由三个1×8分束器组成的光功率分配模块（5）、由24个光纤耦合器组成的光纤耦合器阵列模块（7）、由3个2～8芯高气密光纤过墙法兰组成的多芯高气密光纤过墙法兰（8）、耐低温光纤温度传感器阵列（11）、耐低温光纤压力传感器阵列（12）、耐低温光纤振动传感器阵列（13）、多光纤传感器固定支架（14）、由接收耐低温光纤温度传感器返回信号的光谱扫描接收组件（15）、接收耐低温光纤压力传感器返回信号的低相干干涉条纹接收组件（16）和接收耐低温光纤振动传感器返回信号的动态光信号分析组件（17）组成的混合式光纤信号接收模块（18）以及由具有24路采集通道多路采集卡和进行数据处理分析的计算机构成的数据采集处理单元（19）；将固定有耐低温光纤温度传感器阵列（11），耐低温光纤压力传感器阵列（12）和耐低温光纤振动传感器阵列（13）的多光纤传感器固定支架（14）固定于接近于空间环境模拟器（9）中的航天水升华器（10）喷气口处，混合光源模块（4）的3个波段的光经过光功率分配模块（5），进入光纤耦合器模块（7），其中出射光分别送入耐低温光纤温度传感器、耐低温光纤压力传感器和耐低温光纤振动传感器，携带温度、压力和振动信息的反射光经混合式光纤信号接收模块（18）接收，转换为电信号，然后传递给数据采集处理单元（19），数据采集处理单元（19）将上述电信号转化成数字信号后，分别提取出温度、压力和振动信号，对这三类信号进行时间校正对齐，并利用温度数据进行各传感器的温度校正，最后分别得到温度、压力和振动随时间变化的信号，然后对温度、压力和振动信号进行多参数数据融合，分析得出水升华器的四种工作状态即稳定、喷气、喷气附带少量冰和喷冰工作状态：振动、压力、温度均保持稳定，无喷冰或喷气现象，为稳定工作状态；振动传感器感受到振动频率小于1Hz的少量振动，为少量气流、温度传感器感受到温度在小于0.1℃/100采样点的缓慢上升、压力传感器感受外界压力小于10Pa/100采样点的无明显变动，而是随温度上升而缓慢上升，为喷气工作状态；振动传感器感受到振动频率大于1Hz的少量振动、温度传感器感受到温度存在大于0.1℃/100采样点的缓慢上升、压力传感器感受外界压力大于10Pa/100采样点的非明显变动，而是随温度上升而缓慢上升，为喷气附带少量冰：。振动传感器感受到突变气流、温度传感器感受到温度在下降、压力传感器在随温度上升而缓慢上升的同时，感受外界压力波动相对较大，为喷冰状态。