[发明专利]基于LPFG传感特性的SiC物质氧化状态监测传感系统及监测方法

摘要

本发明公开了一种基于LPFG传感特性的SiC物质氧化状态监测方法及传感系统，属于复合材料结构健康监测领域。该方法将SiC类复合材料服役过程中的SiC氧化状态监测分为两个方面，即针对SiC物质氧化中碳氧反应进程的监测以及针对SiC物质氧化中硅氧反应进程的监测，分别从C、Si两个方面对SiC物质的氧化进程进行监测，提高了SiC类复合材料氧化损伤监测传感系统的有效检测精度。该传感系统包括计算机、光谱分析仪、宽带光源、LPFG碳化硅物质氧化传感探头、光纤耦合器、光纤连接器、光开关和传感光纤。本发明实现了对SiC类复合材料中SiC物质氧化状态的实时在线监测。

主权项

1.一种基于LPFG传感特性的SiC物质氧化状态监测传感系统，其特征在于：包括宽带光源(1)，1×N型光纤耦合器(2)，光纤连接器(3)，传感光纤(4)，LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)，N×1型光开关(6)，光谱仪(7)和计算机(8)；所述1×N型光纤耦合器(2)包括一个1×N型光纤耦合器输入端(9)和N个1×N型光纤耦合器输出端(10)，其中1×N型光纤耦合器输入端(9)与宽带光源(1)相连，N个1×N型光纤耦合器输出端(10)通过光纤连接器(3)和传感光纤(4)分别与不同探测位置的LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)的输入端相连；N个LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)的输出端分别与N×1型光开关(6)的输入端(14)相连，N×1型光开关(6)的输出端(15)与光谱仪(7)相连，所述计算机(8)和光谱仪(7)相连，通过计算机(8)实现数据采集与N×1型光开关(6)的光路切换；宽带光源(1)发出宽带光，进入1×N型光纤耦合器输入端(9)，其中光强被平均分成N等分，分别传播到N个1×N型光纤耦合器输出端(10)，再通过光纤连接器(3)，经过传感光纤(4)传播到LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)，与待测传感探头表面敏感膜的氧化状态相互作用产生耦合效应，在经过LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)中，栅区作用后的透射光谱通过N×1型光开关输出端(15)进入光谱仪(7)，再经过计算机(8)处理输出透射光谱谐振峰波长、谐振峰幅值与变化参量之间的关系曲线，从而实现了整个测量光路部分的全光纤化；N个LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)与待测的SiC类复合材料之间采用支架式局部胶结耦合连接；利用所述的基于LPFG传感特性的SiC物质氧化状态监测传感系统，以碳氧反应、硅氧反应进程作为SiC类复合材料SiC物质氧化状态监测的指标参数，即通过监测SiC物质内部C、Si元素的氧化反应情况来评估SiC物质的氧化状态，进而推出SiC类复合材料的氧化腐蚀状态情况；包括以下四个方面：(a)碳氧反应监测；(b)硅氧反应监测；(c)SiC物质氧化监测；(d)由于用于监测碳氧反应和硅氧反应进程的LPFG传感探头制作方法相同，且传感检测的LPFG特征参量不同，采用一个LPFG碳化硅物质氧化传感探头(5)实现对碳氧反应和硅氧反应的同时监测，即LPFG透射光谱的谐振峰波长对应于碳氧反应进程，LPFG透射光谱的谐振峰幅值对应于硅氧反应进程。