一种曲率测量传感器及其制备方法和应用与流程

本发明涉及飞行器构件曲率检测领域，具体是指一种曲率测量传感器及其制备方法和应用。

背景技术：

1、飞行器健康管理技术通过监测关键结构部件，根据数据诊断和预测潜在风险，提供维护建议。技术的核心是确保监测数据准确和监测部位合理，从而以最少的数据反映飞行器的物理状态。目前，飞行器健康监测系统包括对关键结构部件的应力、曲率、位移监测，以及对关键零件的温度、应变、冲击监测。特别是结构部件的曲率监测，是最为重要的一部分。

2、曲率监测有非接触式和接触式两类方法。非接触式主要利用数字图像相关法，通过摄像机获取图像并计算位移，再计算曲率；接触式则使用电阻应变片和光纤传感器。非接触式监测设备较多，难以在飞行器上持续使用，而电阻应变片因刚性问题，无法对大型复杂部件精准测量。为了满足新一代飞行器的需求，研究人员采用分布式光纤传感器，贴附在监测部件表面，测量曲率变形过程。

3、目前的传感器由于设计和材料的限制，难以完全贴合具有复杂曲面的飞机构件表面。这种不完全贴合导致测量数据的误差增加，影响监测的准确性和可靠性，进而无法有效反映构件的真实状态。此外，贴合不良还可能引起传感器在飞行任务中的脱落或损坏，进一步影响持续性监测的效果。

技术实现思路

1、根据本发明的实施例，提供了一种曲率测量传感器及其制备方法和应用，用于解决现有曲率测量传感器无法适应复杂曲面的问题。

2、在本发明的第一方面，提供了一种曲率测量传感器。

3、该曲率测量传感器包括：柔性基底、曲率传感模块、柔性隔离层、温度补偿模块和柔性封装层；所述曲率传感模块和所述温度补偿模块均设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间；所述柔性隔离层位于曲率传感模块与所述温度补偿模块之间，以分隔所述曲率传感模块和所述温度补偿模块；所述曲率传感模块靠近所述柔性基底，所述温度补偿模块靠近所述柔性封装层。

4、优选的，所述曲率传感模块包括多个第一光纤布拉格光栅传感器；多个所述光纤布拉格光栅传感器串联，且呈蛇形排列；多个所述光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第一方向排列。

5、进一步的，所述温度补偿模块包括多个第二光纤布拉格光栅传感器；多个所述第二光纤布拉格光栅传感器串联，且呈直线等距排列，多个所述第二光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第二方向排列，所述第二方向与所述第一方向垂直。

6、优选的，所述柔性基底、所述柔性隔离层和所述柔性封装层均由聚二甲基硅氧烷和固化剂制成。

7、优选的，所述温度补偿模块和所述曲率传感模块分别通过解调仪连接有上位机。

8、在本发明的第二方面，提供了一种曲率测量传感器的制备方法。

9、该制备方法包括：制备柔性基底、柔性隔离层和柔性封装层；将聚二甲基硅氧烷和固化剂混合，得到第一混合物和第二混合物；在负压状态下，分别搅拌所述第一混合物和所述第二混合物，以去除气泡，随后将第一混合物倒入柔性基底模具，将第二混合物分别倒入柔性隔离层模具和柔性封装层模具，并将装有第一混合物的柔性基底模具、装有第二混合物的柔性隔离层模具和装有第二混合物的柔性封装层模具放入烤箱中固化，固化完成后进行脱模，随后分别对脱模的柔性基底、柔性隔离层和柔性封装层放入等离子体清洗机中进行表面处理；

10、制备曲率传感模块；将多个第一光纤布拉格光栅传感器串联，并将串联的第一光纤布拉格光栅传感器呈蛇形排列，并使所述第一光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第一方向排列，得到曲率传感模块；

11、制备温度补偿模块；将多个第二光纤布拉格光栅传感器串联，使第二光纤布拉格光栅传感器呈直线等距排列，并使第二光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第二方向排列，其中，所述第二方向与所述第一方向垂直；

12、装配曲率测量传感器；将所述曲率传感模块安置于所述柔性基底上，随后在曲率传感模块上铺设所述柔性隔离层，再将温度补偿模块安置于所述柔性隔离层上，随后，将柔性封装层覆盖在所述温度补偿模块上，进行封装固定。

13、优选的，所述第一混合物中聚二甲基硅氧烷和固化剂配比为（5~20）：1；所述第二混合物中聚二甲基硅氧烷和固化剂配比为（20~30）：1；将所述第一混合物和所述第二混合物分别放入真空脱泡机中，得到所述负压状态；

14、将装有第一混合物的柔性基底模具、装有第二混合物的柔性隔离层模具和装有第二混合物的柔性封装层模具放入烤箱中固化的时间为1.5h~2h，固化温度为60℃~70℃。

15、优选的，所述封装固定包括将所述柔性基底、所述曲率传感模块、所述柔性隔离层、所述温度补偿模块和所述柔性封装层放在加热板夹板上，并保持60℃，以1kpa的压力夹持固定。

16、优选的，曲率测量传感器的制备方法还包括将所述温度补偿模块和所述曲率传感模块分别通过解调仪与上位机连接。

17、在本发明的第三方面，提供了一种曲率测量传感器的应用，将上述的曲率测量传感器用于飞行器构件的曲率检测。

18、本申请中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

19、1.本发明提供的一种曲率测量传感器，通过柔性基底的紧密贴合，保证了传感器能够适应复杂曲面的飞行器构件，提供准确的曲率测量。解决了难以完全贴合具有复杂曲面的飞机构件表面而导致测量数据的误差增加的问题。柔性隔离层的应用，有效地分隔了曲率传感模块和温度补偿模块，避免了相互干扰。温度补偿模块则通过实时监测温度并修正曲率数据，确保测量结果的精确性和可靠性。

20、2.本发明中的第一光纤布拉格光栅传感器通过光栅反射特定波长的光，当光纤受应变或温度变化时，反射光的波长会发生变化。这些变化可以用来测量应变和温度。通过将个第一光纤布拉格光栅传感器呈蛇形排列，使曲率传感模块具有良好的柔性和可拉伸性，能够紧密贴合并跟随被测构件的表面分布，从而准确测量复杂曲面的应变和曲率变化。通过设置四个第二光纤布拉格光栅传感器，可以精确测量温度变化。根据温度补偿模块的测量数据，可以修正曲率传感模块因温度变化引起的误差，确保曲率测量的准确性和可靠性。

21、应当理解，
技术实现要素：
部分中所描述的内容并非旨在限定本发明的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。

技术特征：

1.一种曲率测量传感器，其特征在于，包括：柔性基底、曲率传感模块、柔性隔离层、温度补偿模块和柔性封装层；所述曲率传感模块和所述温度补偿模块均设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间；所述柔性隔离层位于曲率传感模块与所述温度补偿模块之间，以分隔所述曲率传感模块和所述温度补偿模块；所述曲率传感模块靠近所述柔性基底，所述温度补偿模块靠近所述柔性封装层。

2.根据权利要求1所述的曲率测量传感器，其特征在于，所述曲率传感模块包括多个第一光纤布拉格光栅传感器；多个所述光纤布拉格光栅传感器串联，且呈蛇形排列；多个所述光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第一方向排列。

3.根据权利要求2所述的曲率测量传感器，其特征在于，所述温度补偿模块包括多个第二光纤布拉格光栅传感器；多个所述第二光纤布拉格光栅传感器串联，且呈直线等距排列，多个所述第二光纤布拉格光栅传感器的光栅沿第二方向排列，所述第二方向与所述第一方向垂直。

4.根据权利要求1所述的曲率测量传感器，其特征在于，所述柔性基底、所述柔性隔离层和所述柔性封装层均由聚二甲基硅氧烷和固化剂制成。

5.根据权利要求1所述的曲率测量传感器，其特征在于，所述温度补偿模块和所述曲率传感模块均通过解调仪连接上位机。

6.一种曲率测量传感器的制备方法，其特征在于，所述方法用于制备如权利要求1至5任一项所述的一种曲率测量传感器，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的曲率测量传感器的制备方法，其特征在于，所述第一混合物中聚二甲基硅氧烷和固化剂配比为（5~20）：1；所述第二混合物中聚二甲基硅氧烷和固化剂配比为（20~30）：1；将所述第一混合物和所述第二混合物分别放入真空脱泡机中，得到所述负压状态；

8.根据权利要求6所述的曲率测量传感器的制备方法，其特征在于，所述封装固定包括将所述柔性基底、所述曲率传感模块、所述柔性隔离层、所述温度补偿模块和所述柔性封装层放在加热板夹板上，并保持60℃，以1kpa的压力夹持固定。

9.根据权利要求6所述的曲率测量传感器的制备方法，其特征在于，还包括将所述温度补偿模块和所述曲率传感模块通过解调仪与上位机连接。

10.一种曲率测量传感器的应用，其特征在于，将权利要求1至5中任一项所述的曲率测量传感器用于飞行器构件的曲率检测。

技术总结
本发明的实施例提供了一种曲率测量传感器及其制备方法和应用，涉及飞行器构件曲率领域。该曲率测量传感器包括：柔性基底、曲率传感模块、柔性隔离层、温度补偿模块和柔性封装层；所述曲率传感模块和所述温度补偿模块均设置于所述柔性基底和所述柔性封装层之间；所述柔性隔离层位于曲率传感模块与所述温度补偿模块之间；所述曲率传感模块靠近所述柔性基底，所述温度补偿模块靠近所述柔性封装层。本发明提供的一种曲率测量传感器，通过柔性基底的紧密贴合，保证了传感器能够适应复杂曲面的飞行器构件，提供准确的曲率测量。解决了难以完全贴合具有复杂曲面的飞机构件表面而导致测量数据的误差增加的问题。

技术研发人员：李宇航,南金,李秀艳
受保护的技术使用者：辽宁材料实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/9/19