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光纤传感器在舰船上的应用

导读: 美国海军实验室对光纤光栅传感技术非常重视,已开发出用于多点应力测量的光纤光栅传感技术,这些结构包括桥梁、大坝、船体甲板、太空船和飞机。

美国海军实验室对光纤光栅传感技术非常重视,已开发出用于多点应力测量的光纤光栅传感技术,这些结构包括桥梁、大坝、船体甲板、太空船和飞机。在美国海军的资助下,开发有船舶结构健康监测系统,已制成用于美国海军舰队结构健康监测的低成本光纤网络,这个系统基于商用光纤光栅和通信技术;拟采用光纤光栅传感技术和混合空间/波分复用技术实时测量拖拽阵列的三维形状,这种技术对阵列测量的改善将超过现有阵列估算技术一个数量级,从而可增强海军的战术优势。

(1)船舶结构健康监测系统

1999年春,美国海军研究实验室(Naval Research Laboratory, NRL)光纤灵巧结构部的Michael Todd等人用光纤传感系统对KNM Skjold 快速巡逻艇进行智能监测。

光纤传感器在舰船上的应用

光纤传感器在舰船上的应用

2000,6,25 DavidsonInstruments宣布为美国海军开发全光纤舰船传感系统。美国海军正在研究21世纪水面战斗舰船。这些舰船包括按DD21设计的登陆攻击驱逐舰,也包括按CG-21设计的巡洋舰。2002,7,10 DavidsonInstruments已经宣布完成了该项目,其结果数据被用于舰船的制造和改进提供参考。同时这个全光纤的传感系统可以抵抗核武器的冲击波效应。

(2)全光纤舰船传感系统

2002,2 美国海军研究中心(Navy office of Naval Research)和海上战争中心(Naval Surface Warfare Center, Carderock Division)在英国皇家RV Triton舰船上安装了光纤传感系统对其进行舰船结构健康监测。SPA安装了自己的舰船监测系统和超过50个FBG传感器安装在舰壳上,同时存在电传感器以验证它的精度和性能。这个测试系统伴随RV Triton在海上2个星期的海上航行测试,最后数据被NSWCCD 和 SPA分析,以指导RV Triton的工程改进。同时美国也非常有兴趣将该传感系统用在Trimaran(三舰并列)技术的发展中。

(3)驳船健康监测系统

美国海上战争中心(Naval Surface Warfare Center, Carderock Division)对美国海军的接合标准模驳船系统JMLS进行结构监测。用4个通道共16个FBG传感器,其中14应变传感器和2个Flat-Pack传感器(包含两个FBG,可同时测量温度和应变),和SPA的舰船健康监测系统

(4)发射系统环境监测系统

美国海上战争中心Naval Surface Warfare Center,Port Hueneme Division正在开发自己的光纤传感测试系统以用于长期的监测以决定表面舰船垂直发射系统(VLS)和导弹发射的操作环境。因为导弹等发射物的健康状况会受到震动冲击,高热和湿度的影星,必须对其进行定期的检测。在这个测试系统中,测量的物理量包括温度,应变,压力,加速度和湿度。

(5)舰船FBG传感器网络

2002,4挪威国防研究所的Karianne等人,在两个舰船上建立了FBG传感器网络,50个传感器分布在舰船的壳上,测量它的应力分布,最后用有限元的方法分析其受力模型。这样可以通过监测和限制壳上的应力分布,增加舰船的安全性和使用寿命。其中还包括一个Micron Optics的可调谐F-P滤波器和一个OptoSpeed的超发光二极管,一个新封装设计以增加传感器使用寿命。

(6)舰船推进器光纤传感系统

美国海军水面战斗中心Naval Surface Warfare Center,Carderock Division在登陆平台船坞LPD17上的舰船推进器上完成了光纤传感系统,其中包使用了FBG传感器阵列和Flat-Pack,具有高速和高传感器密度的功能特点,同时运用了SPA的基于高速传感器查询系统的数字空间波长复用器。为了验证这个推进器的设计,4个通道24个传感器被用于测试,21个应变传感器,3个温度传感器,取样频率2KHz。

(7)舰船结构光纤传感系统

1999,10 在美国海军实验室的资助下,Systems Planning and Analysis Inc.制作了一个低成本的,用于监测美国海军舰船的结构和理性的光纤网络。在这个系统中,通过分布在舰船外壳上的传感点,可以实时的计算和报告舰船在海洋中作业时的受力情况。这个远程监测技术能够为舰船的设计的修改和升级提供指导,同时对舰船的完整性有预警功能。

(8)声纳传感系统

目前,声纳传感器已被各国海军特别关注。在实际应用中,拖拽声纳阵列是由一串包含有水听器的模块组成的,其中水听器可以确定水下噪声源的位置。这样每个声纳模块相对声音噪声的位置决定了辨别噪声源的准确性。电子传感器虽然已经在上面领域被应用,但由于其自身存在的问题,这样随着全光纤拖拽声纳系统的发展,用一个光的方法来精确的测量阵列上的各个水听器的位置就显得非常的必要。Fiber Bragg grating(FBG)传感器对于这种需要分布式形貌测量的应用是非常的理想的。SPA已经用FBG传感器开发了一个相对成本低的,光拖拽阵列形貌和位置测量系统,克服了许多当前的缺点。用软硬件相结合的方法实时的分解和显示了阵列和柔软结构的变形。同时这个系统是基于Micron Optics的FBG解调系统的。

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