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光纖傳感器在艦船上的應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2018-11-27 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】美國海軍實(shí)驗(yàn)室對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)非常重視,已開發(fā)出用于多點(diǎn)應(yīng)力測量的光纖光柵傳感技術(shù),這些結(jié)構(gòu)包括橋梁、大壩、船體甲板、太空船和飛機(jī)。在美國海軍的資助下,開發(fā)有船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng),已制成用于美國海軍艦隊(duì)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測的低成本光纖網(wǎng)絡(luò),這個(gè)系統(tǒng)基于商用光纖光柵和通信技術(shù);擬采用光纖光柵傳感技術(shù)和混合空間/波分復(fù)用技術(shù)實(shí)時(shí)測量拖拽陣列的三維形狀,這種技術(shù)對(duì)陣列測量的改善將超過現(xiàn)有陣列估算技術(shù)一個(gè)數(shù)量級(jí),從而可增強(qiáng)海軍的戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢。
 
(1)船舶結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)  
 
1999年春,美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室(Naval Research Laboratory, NRL)光纖靈巧結(jié)構(gòu)部的Michael Todd等人用光纖傳感系統(tǒng)對(duì)KNM Skjold 快速巡邏艇進(jìn)行智能監(jiān)測。
 
光纖傳感器在艦船上的應(yīng)用
 
光纖傳感器在艦船上的應(yīng)用
 
2000,6,25 DavidsonInstruments宣布為美國海軍開發(fā)全光纖艦船傳感系統(tǒng)。美國海軍正在研究21世紀(jì)水面戰(zhàn)斗艦船。這些艦船包括按DD21設(shè)計(jì)的登陸攻擊驅(qū)逐艦,也包括按CG-21設(shè)計(jì)的巡洋艦。2002,7,10 DavidsonInstruments已經(jīng)宣布完成了該項(xiàng)目,其結(jié)果數(shù)據(jù)被用于艦船的制造和改進(jìn)提供參考。同時(shí)這個(gè)全光纖的傳感系統(tǒng)可以抵抗核武器的沖擊波效應(yīng)。
 
(2)全光纖艦船傳感系統(tǒng)
 
2002,2 美國海軍研究中心(Navy office of Naval Research)和海上戰(zhàn)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系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行艦船結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測。SPA安裝了自己的艦船監(jiān)測系統(tǒng)和超過50個(gè)FBG傳感器安裝在艦殼上,同時(shí)存在電傳感器以驗(yàn)證它的精度和性能。這個(gè)測試系統(tǒng)伴隨RV Triton在海上2個(gè)星期的海上航行測試,最后數(shù)據(jù)被NSWCCD 和 SPA分析,以指導(dǎo)RV Triton的工程改進(jìn)。同時(shí)美國也非常有興趣將該傳感系統(tǒng)用在Trimaran(三艦并列)技術(shù)的發(fā)展中。
 
3)駁船健康監(jiān)測系統(tǒng)
 
美國海上戰(zhàn)爭中心(Naval Surface Warfare Center, Carderock Division)對(duì)美國海軍的接合標(biāo)準(zhǔn)模駁船系統(tǒng)JMLS進(jìn)行結(jié)構(gòu)監(jiān)測。用4個(gè)通道共16個(gè)FBG傳感器,其中14應(yīng)變傳感器和2個(gè)Flat-Pack傳感器(包含兩個(gè)FBG,可同時(shí)測量溫度和應(yīng)變),和SPA的艦船健康監(jiān)測系統(tǒng)
 
(4)發(fā)射系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)
 
美國海上戰(zhàn)爭中心Naval Surface Warfare Center,Port Hueneme Division正在開發(fā)自己的光纖傳感測試系統(tǒng)以用于長期的監(jiān)測以決定表面艦船垂直發(fā)射系統(tǒng)(VLS)和導(dǎo)彈發(fā)射的操作環(huán)境。因?yàn)閷?dǎo)彈等發(fā)射物的健康狀況會(huì)受到震動(dòng)沖擊,高熱和濕度的影星,必須對(duì)其進(jìn)行定期的檢測。在這個(gè)測試系統(tǒng)中,測量的物理量包括溫度,應(yīng)變,壓力,加速度和濕度。
 
(5)艦船F(xiàn)BG傳感器網(wǎng)絡(luò)
 
2002,4挪威國防研究所的Karianne等人,在兩個(gè)艦船上建立了FBG傳感器網(wǎng)絡(luò),50個(gè)傳感器分布在艦船的殼上,測量它的應(yīng)力分布,最后用有限元的方法分析其受力模型。這樣可以通過監(jiān)測和限制殼上的應(yīng)力分布,增加艦船的安全性和使用壽命。其中還包括一個(gè)Micron Optics的可調(diào)諧F-P濾波器和一個(gè)OptoSpeed的超發(fā)光二極管,一個(gè)新封裝設(shè)計(jì)以增加傳感器使用壽命。
 
光纖傳感器在艦船上的應(yīng)用
 
(6)艦船推進(jìn)器光纖傳感系統(tǒng)
 
美國海軍水面戰(zhàn)斗中心Naval Surface Warfare Center,Carderock Division在登陸平臺(tái)船塢LPD17上的艦船推進(jìn)器上完成了光纖傳感系統(tǒng),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(diǎn),同時(shí)運(yùn)用了SPA的基于高速傳感器查詢系統(tǒng)的數(shù)字空間波長復(fù)用器。為了驗(yàn)證這個(gè)推進(jìn)器的設(shè)計(jì),4個(gè)通道24個(gè)傳感器被用于測試,21個(gè)應(yīng)變傳感器,3個(gè)溫度傳感器,取樣頻率2KHz。
 
(7)艦船結(jié)構(gòu)光纖傳感系統(tǒng)
 
1999,10 在美國海軍實(shí)驗(yàn)室的資助下,Systems Planning and Analysis Inc.制作了一個(gè)低成本的,用于監(jiān)測美國海軍艦船的結(jié)構(gòu)和理性的光纖網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)系統(tǒng)中,通過分布在艦船外殼上的傳感點(diǎn),可以實(shí)時(shí)的計(jì)算和報(bào)告艦船在海洋中作業(yè)時(shí)的受力情況。這個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)測技術(shù)能夠?yàn)榕灤脑O(shè)計(jì)的修改和升級(jí)提供指導(dǎo),同時(shí)對(duì)艦船的完整性有預(yù)警功能。
 
(8)聲納傳感系統(tǒng)
 
目前,聲納傳感器已被各國海軍特別關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中,拖拽聲納陣列是由一串包含有水聽器的模塊組成的,其中水聽器可以確定水下噪聲源的位置。這樣每個(gè)聲納模塊相對(duì)聲音噪聲的位置決定了辨別噪聲源的準(zhǔn)確性。電子傳感器雖然已經(jīng)在上面領(lǐng)域被應(yīng)用,但由于其自身存在的問題,這樣隨著全光纖拖拽聲納系統(tǒng)的發(fā)展,用一個(gè)光的方法來精確的測量陣列上的各個(gè)水聽器的位置就顯得非常的必要。Fiber Bragg grating(FBG)傳感器對(duì)于這種需要分布式形貌測量的應(yīng)用是非常的理想的。SPA已經(jīng)用FBG傳感器開發(fā)了一個(gè)相對(duì)成本低的,光拖拽陣列形貌和位置測量系統(tǒng),克服了許多當(dāng)前的缺點(diǎn)。用軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)時(shí)的分解和顯示了陣列和柔軟結(jié)構(gòu)的變形。同時(shí)這個(gè)系統(tǒng)是基于Micron Optics的FBG解調(diào)系統(tǒng)的。
 
 
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