光纖傳感器在艦船上的應用
發布時間:2018-11-27 責任編輯:wenwei
【導讀】美國海軍實驗室對光纖光柵傳感技術非常重視,已開發出用於多點應力測量的光纖光柵傳感技術,這些結構包括橋梁、大壩、船體甲板、太(tai)空(kong)船(chuan)和(he)飛(fei)機(ji)。在(zai)美(mei)國(guo)海(hai)軍(jun)的(de)資(zi)助(zhu)下(xia),開(kai)發(fa)有(you)船(chuan)舶(bo)結(jie)構(gou)健(jian)康(kang)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong),已(yi)製(zhi)成(cheng)用(yong)於(yu)美(mei)國(guo)海(hai)軍(jun)艦(jian)隊(dui)結(jie)構(gou)健(jian)康(kang)監(jian)測(ce)的(de)低(di)成(cheng)本(ben)光(guang)纖(xian)網(wang)絡(luo),這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)基(ji)於(yu)商(shang)用(yong)光(guang)纖(xian)光(guang)柵(zha)和(he)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu);擬采用光纖光柵傳感技術和混合空間/波(bo)分(fen)複(fu)用(yong)技(ji)術(shu)實(shi)時(shi)測(ce)量(liang)拖(tuo)拽(zhuai)陣(zhen)列(lie)的(de)三(san)維(wei)形(xing)狀(zhuang),這(zhe)種(zhong)技(ji)術(shu)對(dui)陣(zhen)列(lie)測(ce)量(liang)的(de)改(gai)善(shan)將(jiang)超(chao)過(guo)現(xian)有(you)陣(zhen)列(lie)估(gu)算(suan)技(ji)術(shu)一(yi)個(ge)數(shu)量(liang)級(ji),從(cong)而(er)可(ke)增(zeng)強(qiang)海(hai)軍(jun)的(de)戰(zhan)術(shu)優(you)勢(shi)。
(1)船舶結構健康監測係統
1999年春,美國海軍研究實驗室(Naval Research Laboratory, NRL)光纖靈巧結構部的Michael Todd等人用光纖傳感係統對KNM Skjold 快速巡邏艇進行智能監測。


2000,6,25 DavidsonInstruments宣布為美國海軍開發全光纖艦船傳感係統。美國海軍正在研究21世紀水麵戰鬥艦船。這些艦船包括按DD21設計的登陸攻擊驅逐艦,也包括按CG-21設計的巡洋艦。2002,7,10 DavidsonInstruments已經宣布完成了該項目,其結果數據被用於艦船的製造和改進提供參考。同時這個全光纖的傳感係統可以抵抗核武器的衝擊波效應。
(2)全光纖艦船傳感係統
2002,2 美國海軍研究中心(Navy office of Naval Research)和海上戰爭中心(Naval Surface Warfare Center, Carderock Division)在英國皇家RV Triton艦船上安裝了光纖傳感係統對其進行艦船結構健康監測。SPA安裝了自己的艦船監測係統和超過50個FBG傳感器安裝在艦殼上,同時存在電傳感器以驗證它的精度和性能。這個測試係統伴隨RV Triton在海上2個星期的海上航行測試,最後數據被NSWCCD 和 SPA分析,以指導RV Triton的工程改進。同時美國也非常有興趣將該傳感係統用在Trimaran(三艦並列)技術的發展中。
3)駁船健康監測係統
美國海上戰爭中心(Naval Surface Warfare Center, Carderock Division)對美國海軍的接合標準模駁船係統JMLS進行結構監測。用4個通道共16個FBG傳感器,其中14應變傳感器和2個Flat-Pack傳感器(包含兩個FBG,可同時測量溫度和應變),和SPA的艦船健康監測係統
(4)發射係統環境監測係統
美國海上戰爭中心Naval Surface Warfare Center,Port Hueneme Division正在開發自己的光纖傳感測試係統以用於長期的監測以決定表麵艦船垂直發射係統(VLS)和(he)導(dao)彈(dan)發(fa)射(she)的(de)操(cao)作(zuo)環(huan)境(jing)。因(yin)為(wei)導(dao)彈(dan)等(deng)發(fa)射(she)物(wu)的(de)健(jian)康(kang)狀(zhuang)況(kuang)會(hui)受(shou)到(dao)震(zhen)動(dong)衝(chong)擊(ji),高(gao)熱(re)和(he)濕(shi)度(du)的(de)影(ying)星(xing),必(bi)須(xu)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)定(ding)期(qi)的(de)檢(jian)測(ce)。在(zai)這(zhe)個(ge)測(ce)試(shi)係(xi)統(tong)中(zhong),測(ce)量(liang)的(de)物(wu)理(li)量(liang)包(bao)括(kuo)溫(wen)度(du),應(ying)變(bian),壓(ya)力(li),加(jia)速(su)度(du)和(he)濕(shi)度(du)。
(5)艦船FBG傳感器網絡
2002,4挪威國防研究所的Karianne等人,在兩個艦船上建立了FBG傳感器網絡,50個(ge)傳(chuan)感(gan)器(qi)分(fen)布(bu)在(zai)艦(jian)船(chuan)的(de)殼(ke)上(shang),測(ce)量(liang)它(ta)的(de)應(ying)力(li)分(fen)布(bu),最(zui)後(hou)用(yong)有(you)限(xian)元(yuan)的(de)方(fang)法(fa)分(fen)析(xi)其(qi)受(shou)力(li)模(mo)型(xing)。這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)監(jian)測(ce)和(he)限(xian)製(zhi)殼(ke)上(shang)的(de)應(ying)力(li)分(fen)布(bu),增(zeng)加(jia)艦(jian)船(chuan)的(de)安(an)全(quan)性(xing)和(he)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)。其(qi)中(zhong)還(hai)包(bao)括(kuo)一(yi)個(ge)Micron Optics的可調諧F-P濾波器和一個OptoSpeed的超發光二極管,一個新封裝設計以增加傳感器使用壽命。

(6)艦船推進器光纖傳感係統
美國海軍水麵戰鬥中心Naval Surface Warfare Center,Carderock Division在登陸平台船塢LPD17上的艦船推進器上完成了光纖傳感係統,其中包使用了FBG傳感器陣列和Flat-Pack,具有高速和高傳感器密度的功能特點,同時運用了SPA的基於高速傳感器查詢係統的數字空間波長複用器。為了驗證這個推進器的設計,4個通道24個傳感器被用於測試,21個應變傳感器,3個溫度傳感器,取樣頻率2KHz。
(7)艦船結構光纖傳感係統
1999,10 在美國海軍實驗室的資助下,Systems Planning and Analysis Inc.製zhi作zuo了le一yi個ge低di成cheng本ben的de,用yong於yu監jian測ce美mei國guo海hai軍jun艦jian船chuan的de結jie構gou和he理li性xing的de光guang纖xian網wang絡luo。在zai這zhe個ge係xi統tong中zhong,通tong過guo分fen布bu在zai艦jian船chuan外wai殼ke上shang的de傳chuan感gan點dian,可ke以yi實shi時shi的de計ji算suan和he報bao告gao艦jian船chuan在zai海hai洋yang中zhong作zuo業ye時shi的de受shou力li情qing況kuang。這zhe個ge遠yuan程cheng監jian測ce技ji術shu能neng夠gou為wei艦jian船chuan的de設she計ji的de修xiu改gai和he升sheng級ji提ti供gong指zhi導dao,同tong時shi對dui艦jian船chuan的de完wan整zheng性xing有you預yu警jing功gong能neng。
(8)聲納傳感係統
目(mu)前(qian),聲(sheng)納(na)傳(chuan)感(gan)器(qi)已(yi)被(bei)各(ge)國(guo)海(hai)軍(jun)特(te)別(bie)關(guan)注(zhu)。在(zai)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong),拖(tuo)拽(zhuai)聲(sheng)納(na)陣(zhen)列(lie)是(shi)由(you)一(yi)串(chuan)包(bao)含(han)有(you)水(shui)聽(ting)器(qi)的(de)模(mo)塊(kuai)組(zu)成(cheng)的(de),其(qi)中(zhong)水(shui)聽(ting)器(qi)可(ke)以(yi)確(que)定(ding)水(shui)下(xia)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)的(de)位(wei)置(zhi)。這(zhe)樣(yang)每(mei)個(ge)聲(sheng)納(na)模(mo)塊(kuai)相(xiang)對(dui)聲(sheng)音(yin)噪(zao)聲(sheng)的(de)位(wei)置(zhi)決(jue)定(ding)了(le)辨(bian)別(bie)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)的(de)準(zhun)確(que)性(xing)。電(dian)子(zi)傳(chuan)感(gan)器(qi)雖(sui)然(ran)已(yi)經(jing)在(zai)上(shang)麵(mian)領(ling)域(yu)被(bei)應(ying)用(yong),但(dan)由(you)於(yu)其(qi)自(zi)身(shen)存(cun)在(zai)的(de)問(wen)題(ti),這(zhe)樣(yang)隨(sui)著(zhe)全(quan)光(guang)纖(xian)拖(tuo)拽(zhuai)聲(sheng)納(na)係(xi)統(tong)的(de)發(fa)展(zhan),用(yong)一(yi)個(ge)光(guang)的(de)方(fang)法(fa)來(lai)精(jing)確(que)的(de)測(ce)量(liang)陣(zhen)列(lie)上(shang)的(de)各(ge)個(ge)水(shui)聽(ting)器(qi)的(de)位(wei)置(zhi)就(jiu)顯(xian)得(de)非(fei)常(chang)的(de)必(bi)要(yao)。Fiber Bragg grating(FBG)傳感器對於這種需要分布式形貌測量的應用是非常的理想的。SPA已經用FBGchuanganqikaifaleyigexiangduichengbendide,guangtuozhuaizhenliexingmaoheweizhiceliangxitong,kefulexuduodangqiandequedian。yongruanyingjianxiangjiehedefangfashishidefenjiehexianshilezhenlieherouruanjiegoudebianxing。tongshizhegexitongshijiyuMicron Optics的FBG解調係統的。
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