航空航天光纤传感技术研究进展

周义晨

摘要：近年来，随着我国科学技术的不断进步，光纤传感技术也获得了巨大的发展空间，在各行各业都得到了广泛的应用。光纤传感器具有体积小、灵敏度高、重量轻、易于镶嵌、抗电磁能力强以及复用能力强等优点，其能够在极端环境下实现对温度、压力、应变以及角速度等多种参量的测量，因此在航空航天中有着十分广泛的应用。鉴于此，本文将首先对传统的传感技术进行简单的阐释，再分别对航空航天EFPI传感技术、FBG传感技术以及FOG传感技术的研究进展进行比较深入的研究与分析，从而指出航空航天光纤传感技术的发展方向，以期为我国日后航空航天光纤传感技术的发展提供一些建议和理论参考。

关键词：航空航天;光纤传感;研究进展;温度;压力;应变;

【中图分类号】TP212.1

【文献标识码】A

【文章编号】2236-1879（2018）13-0159-01

引言

传感器，英文名称是transducer/sensor是一种检测转换装置，它能够感应到传到他他身上的信号，并且可以感知到传感信号上所携带的信息，将传感信号上携带的信息按照一定的要求，以及需要，转换成电流，电压，电容，电感等物理量的输出。

传感器具有微型，数字，智能化的特点。它能够实现自动检测和自动控制的功能。光纤传感器是一种特殊的传感器，不仅具有一般的传感器的普遍特点，而且，最新的光纤传感器还具有耐高温，耐高压，稳定度高的特点，现在已经广泛的应用于航空航天领域。

光纤传感技术从上世纪下半叶开始发展，其主要是通过对光纤中光的波长、相位、光强以及偏振状态等进行相应的观察和记录，通过分析得到的数据，从而实现对温度，角速度，压力，电阻，电抗等参数的测量。光纤传感器是一种特殊的传感器，因此它具有一般传感器所普遍拥有的特点，因此已经成为传感技术中十分重要的组成部分。现如今我国比较常见的光纤传感器主要有非本征法珀（EFPI）传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器以及光纤陀螺（FOG）传感器，目前这三种传感器已经被广泛的应用到了航空航天等多个领域。

一、航空航天中传统传感技术的分类

现如今我国比较常见的光纤传感器主要有非本征法珀（EF-PI）传感器、光纤布拉格光栅（FBG）传感器以及光纤陀螺（FOG）传感器，目前这三种传感器已经被广泛的应用到了航空航天等多个领域。

1.1非本征法珀传感技术。非本征法珀（EFPI）传感器出现于上世纪九十年代，其主要原理是通过干涉信号来导出微腔的长度，从而计算出外界参量的变化。Greene等人曾将六个非本征法珀传感器组成一个传感器阵列，之后用其对飞行器的副翼进行测试，对航空飞行器的机动过程进行全真模拟，从而得到其应力变化，最终将EFPI传感器的测量结果与实际计算结果相比较，发现二者十分接近。2002年，Pulliam等人对非本征法珀压力传感器在涡轮发动机的应用进行了深入的研究，之后完成了对跨声速风扇的测试。一年之后，Elster等人开始将EFPI传感技术应用到了波音飞机的健康监测系统之中，以此来测试飞机系统的安装过程以及耐受性。2005年，我国的重庆大学与南京航空航天大学进行合作，共同开始了对非本征法珀传感器的光纤智能夹层的探索和研究，最终证明了EFPI传感器的光纤智能夹层能够进行结构应变的监测工作。在此之后，西北工业大学第一次实现了利用EFPI传感器判断飞机叶片上是否出现裂纹。

1.2光纤布拉格光栅传感技术。光纤布拉格光栅（FBG）传感器的研究开始于上世纪七十年代。光纤光栅是利用某种技术，将具有一定幅度特性和相位特性的光柵耦合再光纤的纤芯上，形成具有透射和反射功能的反射滤波器，在使用中，这一部分的纤芯会暴露在紫外光下，介质会发生改变，从而使的特定波长的光波得到反射，就可以实现被测结构的应变和温度的测量，当入射光谱经过FBG时，能够通过系统内部的滤波器的单色波长会被反射，之后回到入射端口，这样一来，由于折射率的变化满足条件的单色波长就会被反射且记录下来因此可以得到外界温度，湿度以及相应参量的变化。

1.3航空航天光纤陀螺传感技术。光纤陀螺（FOG）传感技术诞生于上世纪七十年代，其可以通过一种双光束干涉仪，计算出角速度的变化，从而实现对角速度的传感。美国时最先开始对FOG进行研究的国家，并将其应用于波音飞机。到了2002年，Honey-well公司的高精度陀螺仪的第一个太空计划圆满完成。自此以后，欧洲的各个国家也发现了FOG的重要作用，并逐渐开始了对FOG的研究工作。自上世纪八十年代以来，我国的航空航天领域对FOG的研究进展也比较快，已经能够基本掌握较高精度的FOG的制作水平，并使其得到了实际应用。现如今FOG技术发展十分迅速，在各个国家已经被大批量生产，在航空航天领域得到了十分广泛的应用。

二、航空航天光纤传感技术的研究前景

现阶段人们虽然在光纤传感技术的研究上取得了一定的成果，但是就复杂严酷的航空航天环境而言，目前的光纤传感技术仍然处在发展初期，其发展水平远远不够。鉴于此，建议相关科研单位从以下几个方面加深研究。一是在光纤的研制过程中可以使用新的材料，比如可以使用一些耐高温的材料，耐高压的材料等，这些材料在航空航天中的作用会大过现有的材料，二是对于多参量的传感器而言，减小传感器的体积是一种很好的解决方法，缩小传感器的体积，就可以在一定的面积上，附着更多的传感器，从而可以实现多参量测量;三使用国际上统一规定的传感器的标准结构，对于国际上认可的结构，可以缩短传感器的研究过程。

三、结语

本文对三种光纤传感技术的研究进展进行了深入的研究，并以此为根据指明了光纤传感技术的发展方向。然而要真正提高我国航空航天光纤传感技术的应用水平，依然需要相关科研人员和单位不懈努力，在研究实践中去努力创新，争取使我国航空航天领域中光纤传感技术的研究取得更大的进展。

参考文献

[1]李一帆.浅析航空航天光纤传感技术研究进展[J].军民两用技术与产品，2016（22）.

[2]刘玥.浅探航空航天光纤传感技术[J].中国科技纵横，2016（22）.

[3]黄民双，梁大开.袁慎芳，等.应用于智能结构的光纤传感新技术研究[J].航空学报，2001，22（4）：326-329.