空间环境铝合金板结构热属性光纤监测技术研究

针对空间结构受热循环载荷作用而影响航天器功能与安全的情况,采用温度补偿方法,对基于分布式光纤传感器的板结构热应变和热变形测量技术进行研究,提出了一种基于光纤应变转换矩阵的铝合金板热膨胀系数计算方法,考虑了材料横向应变对结构热膨胀系数测量精度的影响,可为各向异性复合材料构件多方向热膨胀系数测量提供理论支持。研究表明:温度-70~100℃范围内,铝合金板所受热应变引起光纤光栅中心波长偏移量约462.4pm,中心波长偏移量与温度的相关系数约0.999;在温度100℃热载荷作用下,铝合金板在横、纵向变形量均约0.75mm;铝合金板热膨胀系数随温度变化呈现非线性,低温下不能将铝合金材料热膨胀系数近似为常数。研究为后续航天器空间服役状态在轨监测提供参考。

低温环境光纤光栅反射光谱感应特性研究

为提升光纤光栅低温传感性能,对低温环境中光纤光栅反射光谱响应特性进行了研究。建立了低温模拟环境光纤光栅传感器反射光谱响应试验系统。分别对不同温度下自由状态有/无涂覆层、不同胶接状态的光纤光栅反射光谱低温响应特性进行了实验研究,分析了半波展宽、反射波峰幅值和偏移量等性能。结果表明:涂覆层与胶粘液属性均会不同程度影响光栅栅区受力的均匀性,造成波峰分裂或旁瓣等啁啾现象。基于光栅低温啁啾效应产生机理,研制了一种封装结构光纤光栅传感器,用聚合物对无涂覆层光纤光栅进行封装,基片为低热膨胀系数的合金材料,胶粘剂为高性能紫外胶。试验表明:该传感器有良好低温响应特性,反射光谱平滑,且基本无旁瓣。