光纖光柵傳感作為一門快速發(fā)展的新型傳感技術(shù)，具有精度高、體積小、重量輕、波分復(fù)用、壽命長(zhǎng)、可靠性高、耐腐蝕、傳輸距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)應(yīng)力應(yīng)變、溫度、力、加速度等多種參量的測(cè)量，在飛機(jī)、艦船、發(fā)動(dòng)機(jī)等重大裝備的機(jī)載化測(cè)試以及地面綜合測(cè)試中具有重大的應(yīng)用前景，基于光的測(cè)量正在逐步成為航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

光纖光柵是一種對(duì)應(yīng)變及溫度敏感的傳感元件，可實(shí)現(xiàn)單根光纖對(duì)幾十個(gè)應(yīng)變節(jié)點(diǎn)的測(cè)量?；诠饫w光柵傳感原理的應(yīng)變測(cè)量技術(shù)突破了傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片布線復(fù)雜、疲勞壽命短、抗電磁干擾能力差、無(wú)法實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料內(nèi)部埋植等不足，對(duì)光纖光柵采用不同的封裝方法，可形成光纖應(yīng)變傳感器、光纖溫度傳感器和力傳感器等，從而為航空結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供極具發(fā)展前途的測(cè)量新技術(shù)。

對(duì)于光纖光柵的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外開展了大量研究工作，針對(duì)航空結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的相關(guān)研究也在逐步展開，本文主要結(jié)合航空相關(guān)應(yīng)用研究展開討論。

光纖光柵傳感器的工作原理和技術(shù)特點(diǎn)

1 光纖光柵傳感器測(cè)量原理

當(dāng)寬帶入射光通過(guò)光纖光柵時(shí)，一部分窄帶光被反射回去，回光的中心波長(zhǎng)取決于光纖光柵的柵距，光纖光柵的柵距因機(jī)械應(yīng)力或熱應(yīng)力而改變，因此通過(guò)對(duì)回光中心波長(zhǎng)的檢測(cè)就可獲知被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力和溫度信息，若進(jìn)行其他參量的測(cè)量時(shí)，需要將被測(cè)量的變化轉(zhuǎn)化為光纖光柵的應(yīng)變或溫度變化。

在刻制光纖光柵的過(guò)程中，因?yàn)橄辔谎谀ぐ鍏?shù)的調(diào)整，可形成多種不同中心波長(zhǎng)的光纖光柵，將若干光纖光柵通過(guò)串、并聯(lián)等方式連接在一起，組成分布式測(cè)量網(wǎng)絡(luò)，如圖1所示。由于回光由不同中心波長(zhǎng)的窄帶光組成，不同測(cè)點(diǎn)的測(cè)量信號(hào)可以相互區(qū)分，從而可以在一根光纖上形成多點(diǎn)測(cè)量（一般可以達(dá)到20~30點(diǎn)）。

FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)測(cè)量系統(tǒng)由寬帶光源、信號(hào)傳輸線( 光纖或光纜)、FBG傳感器網(wǎng)絡(luò)、光纖耦合器以及波長(zhǎng)解調(diào)測(cè)量系統(tǒng)組成， 寬帶光源將有一定帶寬的光通過(guò)光纖耦合器入射到光纖光柵中，由于光纖光柵的波長(zhǎng)選擇性作用，符合條件的光就會(huì)被反射回來(lái)，再經(jīng)由光纖耦合器送入解調(diào)裝置測(cè)出光纖光柵的反射波長(zhǎng)變化。

2 光纖光柵的技術(shù)特點(diǎn)

針對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量，與傳統(tǒng)金屬應(yīng)變片進(jìn)行比較，光纖光柵傳感器具有多種顯著的技術(shù)特點(diǎn)。

（1）波分復(fù)用、大大提高測(cè)量效率。

單路光纖上可以制作多個(gè)光柵。一根光纖串接20只光纖光柵，為解決320點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量問(wèn)題，只需16根光纖，而應(yīng)變片則至少需要640根導(dǎo)線。因此，使用光纖光柵傳感技術(shù)可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)布線，使結(jié)構(gòu)更加輕便、測(cè)量可靠性更高。如果作為機(jī)載傳感系統(tǒng)，則可以保證在增加很小重量的情況下，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，該優(yōu)勢(shì)隨著測(cè)量點(diǎn)的增加而明顯。

（2）抗電磁干擾能力強(qiáng)。

在電磁干擾環(huán)境下，對(duì)試驗(yàn)件動(dòng)態(tài)加載時(shí)應(yīng)變片測(cè)量數(shù)據(jù)與光纖光柵測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。圖2（a）為光纖光柵測(cè)量結(jié)果，圖2（b）為應(yīng)變片測(cè)量結(jié)果，可以看出應(yīng)變的測(cè)量結(jié)果有明顯的干擾噪聲和尖刺，而光纖光柵數(shù)據(jù)則非常平滑，若應(yīng)用于狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將大大提高數(shù)據(jù)分析質(zhì)量、降低誤判率。

（3）壽命長(zhǎng)，可靠性高，耐腐蝕。

國(guó)外將光纖光柵傳感器埋入碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行應(yīng)變測(cè)試，試驗(yàn)結(jié)果表明：在0~2000με循環(huán)320000次后，光纖光柵傳感器仍沒(méi)有出現(xiàn)劣化現(xiàn)象；通過(guò)加速老化試驗(yàn)認(rèn)為光纖光柵存活壽命大于30年。

（4）體積小，重量輕。

光纖光柵直徑為一般為0.25mm，特殊制作可以達(dá)到0.15mm。由于其結(jié)構(gòu)纖細(xì)，可適用于多種特殊的應(yīng)用場(chǎng)合，尤其適合于埋入材料內(nèi)部形成智能材料或結(jié)構(gòu)，在國(guó)內(nèi)外的研究中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)可內(nèi)埋于復(fù)合材料內(nèi)部的構(gòu)想，并進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證試驗(yàn)。

國(guó)外研究現(xiàn)狀

重點(diǎn)結(jié)合光纖光柵傳感器、波長(zhǎng)解調(diào)儀表和應(yīng)用研究對(duì)國(guó)外的研究情況進(jìn)行說(shuō)明。

（1）光纖光柵傳感器。

光纖光柵在某種程度上講，更像是一種敏感器件，為了能夠?qū)崿F(xiàn)更方便、更準(zhǔn)確、更可靠的測(cè)量，往往要進(jìn)行一定形式的封裝，從而形成各種光纖光柵傳感器。光纖光柵與被測(cè)結(jié)構(gòu)的物理結(jié)合是研究的關(guān)鍵，若膠涂于光纖光柵表面，其應(yīng)力傳遞的效果將直接影響測(cè)量，傳感器的研究重點(diǎn)正在于解決該問(wèn)題。使用中要求將光纖光柵牢固、均勻、穩(wěn)定與被測(cè)參量耦合起來(lái)，因此在傳感器封裝和安裝形式上進(jìn)行了大量研究。

（2）波長(zhǎng)解調(diào)儀表。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)外提出多種光纖光柵傳感解調(diào)方案，其中可調(diào)諧F-P腔濾波器和衍射光柵原理的解調(diào)技術(shù)越來(lái)越受到重視?？烧{(diào)諧F-P腔濾波器方法是當(dāng)前技術(shù)較為成熟、實(shí)用性較好的解調(diào)方法之一，可實(shí)現(xiàn)由多傳感組成系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)測(cè)量，動(dòng)態(tài)測(cè)量可以達(dá)到2kHz的測(cè)量速率?；诖朔椒ǖ膰?guó)外相關(guān)解調(diào)儀表主要以美國(guó)微光（MOI）公司的產(chǎn)品為代表。

基于衍射光柵的解調(diào)方法越來(lái)越引起人們的重視，該解調(diào)方法由光電探測(cè)陣列對(duì)入射光束一次成像而獲得波長(zhǎng)信息，無(wú)機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，因此解調(diào)頻率在理論上只受到光電探測(cè)陣列讀出速率的限制。美國(guó)Bayspec 和丹麥Ibsen 公司研制了相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品，最高采樣頻率可以達(dá)到5kHz，但是當(dāng)前尚未完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)解調(diào)。

除了上述兩種原理的波長(zhǎng)解調(diào)技術(shù)之外，國(guó)外研究機(jī)構(gòu)和公司也廣泛研究了其他波長(zhǎng)解調(diào)原理并形成相關(guān)產(chǎn)品，如美國(guó)Blue Road Research 公司就推出一種基于啁啾光柵的解調(diào)系統(tǒng)，取樣率可達(dá)7kHz，并聲稱還可以更高，但這種解調(diào)系統(tǒng)只能解調(diào)一個(gè)光纖光柵，而且分辨率和精度尚待提高[1]。

目前，美歐等國(guó)都積極開展適合于軍事應(yīng)用的光纖光柵解調(diào)技術(shù)研究，其特點(diǎn)是更加便攜、環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng)。

（3）光纖光柵應(yīng)用研究。

美國(guó)的光纖傳感器研究開始最早，投資最大，并把光纖傳感器列為軍備改造計(jì)劃的15項(xiàng)重點(diǎn)之一，制定了專門的纖維光學(xué)傳感器規(guī)劃。美國(guó)Luna 檢測(cè)公司、Luna 能源公司和Lockheed Martin 公司聯(lián)合發(fā)展了光纖分布式傳感系統(tǒng)，利用了光頻域反射計(jì)來(lái)監(jiān)測(cè)P-3C 獵戶座飛機(jī)結(jié)構(gòu)的整體疲勞過(guò)程[2]。

美國(guó)軍方于20世紀(jì)90年代初就提出了智能機(jī)翼的研究計(jì)劃，以實(shí)現(xiàn)控制機(jī)翼的扭轉(zhuǎn)和曲面，其中就使用了光纖光柵應(yīng)變計(jì)。F/A18飛機(jī)艙壁的全面疲勞試驗(yàn)采用了光纖傳感器檢測(cè)翼梁中的小量扭矩，以提高安全性和減少維護(hù)量。意大利的結(jié)構(gòu)檢測(cè)大規(guī)模研究開始于1990年前后，開始的主要成就集中在就航空航天和大型的民用結(jié)構(gòu)領(lǐng)域。

意大利米蘭理工大學(xué)的航空航天工程系開展了很多針對(duì)于航空智能材料的研究，將光柵光纖傳感器或者發(fā)射器埋入復(fù)合材料中，并且進(jìn)行了成功的數(shù)值模擬。傳感器/ 激發(fā)器/ 結(jié)構(gòu)特性通過(guò)了國(guó)防與航天中心動(dòng)態(tài)力學(xué)分析檢測(cè)，對(duì)埋入工藝進(jìn)行了評(píng)估，考慮了力、熱、化學(xué)的兼容性[3]。

2009年11月， 意大利的Valentina Latini 等研究了一種基于耐高溫FBG傳感器和耐惡劣環(huán)境藍(lán)寶石光纖的新型結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)體系，工作溫度可達(dá)600℃，該傳感器應(yīng)變靈敏度可達(dá)0.6με，應(yīng)用于等離子風(fēng)洞[4]。

Alenia Aeronautica 公司對(duì)結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的研究主要集中在傳統(tǒng)傳感器檢測(cè)系統(tǒng)和光纖傳感系統(tǒng)上。SMIST（Structural Monitoring with advanced Integra ted Sensor Technologies）是一個(gè)歐洲資助項(xiàng)目，由空中客車領(lǐng)導(dǎo)，主要集中在基于光纖光柵傳感器技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的研究。提出的技術(shù)被用于C-27J“斯巴達(dá)人”運(yùn)輸機(jī)的實(shí)驗(yàn)室和空中檢測(cè)研究，對(duì)利用光纖光柵傳感器得到的微應(yīng)變與利用硅基傳感器的結(jié)果進(jìn)行了比較，結(jié)果顯示很理想。

日本是一個(gè)材料研究很發(fā)達(dá)的國(guó)家，從其材料研究的趨勢(shì)可看出光纖光柵傳感器的新應(yīng)用領(lǐng)域和新發(fā)展方向。其中對(duì)于靈敏復(fù)合材料的健康監(jiān)測(cè)研究，主要資助項(xiàng)目為NEDO和RIMCOF，項(xiàng)目集中發(fā)展含有埋入發(fā)展的小直徑光纖和光纖光柵傳感器的飛機(jī)復(fù)合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)發(fā)展航空結(jié)構(gòu)件的損傷檢測(cè)系統(tǒng)。利用埋入小直徑光纖傳感器發(fā)展了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)沖擊損傷系統(tǒng)，是東京大學(xué)與Kawasaki重工業(yè)合作的結(jié)果[5]。

國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

光纖光柵傳感技術(shù)自產(chǎn)生以來(lái)，在國(guó)內(nèi)受到廣泛的關(guān)注和研究，特別是高校和研究機(jī)構(gòu)在前沿技術(shù)的跟蹤和探索方面進(jìn)行了大量的研究工作，在工程應(yīng)用領(lǐng)域，主要集中在土木結(jié)構(gòu)、大型管路等民用領(lǐng)域，在航空應(yīng)用的研究相對(duì)比較少，下面主要結(jié)合航空領(lǐng)域，在光纖光柵刻制、傳感器封裝、波長(zhǎng)解調(diào)儀表和應(yīng)用研究等方面的進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

（1）光纖光柵刻制。

國(guó)內(nèi)開展光纖光柵刻制的單位較多，包括研究所、高校和一些高科技公司。對(duì)光纖光柵長(zhǎng)度，國(guó)內(nèi)目前所能達(dá)到的刻制水平以10mm為主，超短光纖光柵的刻制尚在試驗(yàn)研究階段。超短型光纖光柵對(duì)于復(fù)雜的航空結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)非常關(guān)鍵，主要解決在小狹小空間和曲面上的安裝，為了進(jìn)行二維點(diǎn)應(yīng)變測(cè)量，也迫切希望傳感器尺寸盡量小。

（2）傳感器封裝。

國(guó)內(nèi)的光纖光柵應(yīng)變傳感器主要面向建筑、土木工程、大壩等民用方面，開展此方面研究和工程應(yīng)用的單位比較多，結(jié)合航空應(yīng)用，此類傳感器尚存在如下不足：傳感器體積和重量較大，不適合在飛機(jī)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中使用；封裝后傳感器的工作溫度范圍較窄，不能滿足機(jī)載環(huán)境溫度要求。

為滿足航空需求，中航工業(yè)計(jì)量所對(duì)光纖光柵應(yīng)變傳感器的小型化封裝、安裝和性能評(píng)價(jià)等光纖傳感的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了前期研究。在航空專用的光纖光柵傳感器的研制方面，結(jié)合航空型號(hào)的實(shí)際測(cè)試，比較系統(tǒng)地開展了一些研究工作，研制出金屬框架光纖應(yīng)變傳感器，可實(shí)現(xiàn)±3000με的測(cè)量。

（3）波長(zhǎng)解調(diào)儀表。

國(guó)內(nèi)當(dāng)前解調(diào)儀表主要是配合已經(jīng)廣泛應(yīng)用的民用領(lǐng)域，主要是基于FP腔式原理，針對(duì)民用領(lǐng)域的建筑結(jié)構(gòu)大應(yīng)變報(bào)警和疲勞監(jiān)測(cè)等應(yīng)用，儀表的體積重量都比較大，而且解調(diào)頻率一般在幾百赫茲以下，儀表工作溫度范圍主要在0~40℃，尚不能滿足機(jī)載測(cè)試需要。

針對(duì)這一問(wèn)題，中航工業(yè)計(jì)量所開展了機(jī)載光纖波長(zhǎng)解調(diào)儀的研制，重點(diǎn)解決了小型化工作，如圖3所示，工作溫度范圍可實(shí)現(xiàn)-20~60℃，為實(shí)現(xiàn)機(jī)載測(cè)試打下比較好的基礎(chǔ)。

（4）航空應(yīng)用情況。

目前國(guó)內(nèi)多數(shù)研制生產(chǎn)光纖光柵傳感器的單位主要針對(duì)民用，服務(wù)于電力、土木、石化、鋼鐵等行業(yè)，在測(cè)試環(huán)境特殊、測(cè)試精度和可靠性要求很高的航空航天等軍事領(lǐng)域，中航工業(yè)計(jì)量所與主機(jī)單位、綜合試驗(yàn)單位和相關(guān)專業(yè)所聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)主要開展了光纖光柵傳感器在多個(gè)飛機(jī)型號(hào)的應(yīng)用研究，如某型機(jī)全機(jī)疲勞試驗(yàn)的應(yīng)變監(jiān)測(cè)、某型機(jī)復(fù)合材料應(yīng)用驗(yàn)證、某型無(wú)人機(jī)液壓導(dǎo)管脈動(dòng)應(yīng)力測(cè)量、飛機(jī)PHM光纖光柵應(yīng)變載荷監(jiān)測(cè)技術(shù)攻關(guān)等項(xiàng)目，獲得了比較豐富的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，目前正在積極探索發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。

根據(jù)型號(hào)應(yīng)用，得到如下結(jié)論：將光纖光柵用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)是可行的，與傳統(tǒng)電阻應(yīng)變片相比，光纖光柵的環(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)、信號(hào)質(zhì)量更優(yōu)，尤其對(duì)在強(qiáng)電磁環(huán)境下和惡劣腐蝕環(huán)境下使用的飛機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)變測(cè)量具有不可替代的優(yōu)勢(shì)；既可以實(shí)時(shí)獲得可靠的應(yīng)變數(shù)據(jù)，又能夠?qū)ζ涓浇Y(jié)構(gòu)的裂紋狀態(tài)進(jìn)行有效判斷，較應(yīng)變片的監(jiān)測(cè)結(jié)果虛警率更低、更為準(zhǔn)確。

目前也開始可對(duì)復(fù)合材料內(nèi)埋的研究，圖4為將光纖光柵埋入標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料試件及其測(cè)試數(shù)據(jù)，通過(guò)圖4（b）可以看出，光纖光柵埋入后，材料內(nèi)部具有上萬(wàn)微應(yīng)變的量程范圍以及非常好的測(cè)量線性度，同樣對(duì)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合材料試件的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，尚未發(fā)現(xiàn)性能下降。

在應(yīng)用研究中，既證實(shí)了光纖傳感測(cè)量系統(tǒng)在武器結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，也發(fā)現(xiàn)了很多應(yīng)用中的難題及瓶頸技術(shù)，如小型化、超大應(yīng)變光纖光柵；光纖光柵傳感器的封裝、安裝以及在飛機(jī)上的集成應(yīng)用技術(shù)；機(jī)載高速解調(diào)儀表研制等，為下一步研究指明了方向。

（5）與國(guó)外研究差距。

國(guó)外已經(jīng)將光纖光柵傳感技術(shù)比較廣泛地應(yīng)用到軍事、民用方面，在軍事應(yīng)用方面，不僅限于航空武器，也包括在艦船、核設(shè)施等方面。我國(guó)對(duì)光纖光柵傳感技術(shù)的研究集中在建筑、石油、電力、鋼鐵等民用領(lǐng)域，在軍事領(lǐng)域的研究剛剛起步。從應(yīng)用的深度來(lái)看，國(guó)外將光纖光柵傳感器已經(jīng)用于一些比較關(guān)鍵的測(cè)試，不僅在金屬結(jié)構(gòu)表面安裝，也成功在復(fù)合材料內(nèi)部埋植，形成了一些很特殊的服務(wù)能力。在光纖光柵技術(shù)的各方面，如光纖光柵刻制、傳感器封裝和安裝及信號(hào)解調(diào)等，都形成了顯著的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。與國(guó)外相比，需要加快光纖光柵在航空結(jié)構(gòu)健康方面的應(yīng)用研究以及核心單元模塊技術(shù)的研究。

應(yīng)用前景設(shè)想

（1） 用于飛行載荷測(cè)試。

飛行載荷測(cè)試對(duì)于飛機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證和改進(jìn)具有重大意義。傳統(tǒng)的測(cè)量方式采用金屬應(yīng)變片進(jìn)行測(cè)量，如果實(shí)施上萬(wàn)點(diǎn)的應(yīng)變測(cè)試，測(cè)試設(shè)備本身的重量可以達(dá)到幾噸，復(fù)雜的布線不僅大大增加重量，還要求對(duì)飛機(jī)進(jìn)行較大程度的改裝，增加了施工難度，延長(zhǎng)了測(cè)試周期。由于飛機(jī)狀態(tài)的改變，對(duì)試驗(yàn)驗(yàn)證效果以及真實(shí)載荷數(shù)據(jù)獲取都產(chǎn)生了不利影響。

到目前為止，我國(guó)尚未出現(xiàn)機(jī)載狀態(tài)下對(duì)飛機(jī)載荷進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)（一個(gè)大修周期以上）的應(yīng)用案例，主要原因在于傳統(tǒng)應(yīng)變測(cè)量方式系統(tǒng)資源占用過(guò)多、使用壽命有限、機(jī)載電磁環(huán)境下抗干擾能力差，光纖光柵傳感技術(shù)的出現(xiàn)將十分有助于解決航空結(jié)構(gòu)飛行載荷長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的技術(shù)難題。

（2）用于結(jié)構(gòu)疲勞和壽命監(jiān)測(cè)。

結(jié)構(gòu)應(yīng)變是軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)安全和可靠性監(jiān)測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)。在飛行過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，可獲得長(zhǎng)期飛行的結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)，據(jù)此評(píng)估飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)潛在的損傷增長(zhǎng)，可由傳統(tǒng)的定期維修向更加經(jīng)濟(jì)可靠的視情維修轉(zhuǎn)變，并為單機(jī)管理和監(jiān)控提供技術(shù)支撐。對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)同樣可以為安全報(bào)警提供重要的依據(jù)，提前探知可能存在的危險(xiǎn)。我國(guó)當(dāng)前有大量二代機(jī)和三代機(jī)在役，為保證飛機(jī)的飛行安全，掌握飛機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，要求對(duì)飛機(jī)關(guān)鍵部位的應(yīng)變進(jìn)行記錄分析，光纖光柵傳感器有希望成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵傳感技術(shù)。

（3）用于復(fù)合材料監(jiān)測(cè)。

復(fù)合材料的使用是新一代飛機(jī)設(shè)計(jì)的趨勢(shì)，其所占機(jī)體結(jié)構(gòu)重量的比例已經(jīng)成為衡量飛機(jī)先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一，對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)已經(jīng)成為新一代飛機(jī)研制急需解決的重要課題。在對(duì)復(fù)合材料健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)應(yīng)變和沖擊載荷監(jiān)測(cè)是一個(gè)重要的方面。光纖光柵傳感器可粘貼于復(fù)合材料表面（如機(jī)身、機(jī)翼蒙皮處）或者埋入其內(nèi)部，構(gòu)成分布式智能傳感網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)飛行器的應(yīng)力、應(yīng)變情況，為健康狀態(tài)的判別提供重要依據(jù)。對(duì)將應(yīng)變傳感器埋入復(fù)合材料內(nèi)部，傳統(tǒng)金屬應(yīng)變片幾乎不可能，而光纖光柵具有纖細(xì)的結(jié)構(gòu)，國(guó)外已經(jīng)成功埋入復(fù)合材料內(nèi)部。在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上實(shí)施應(yīng)變監(jiān)測(cè)，重大的難題是電磁干擾的影響，采用光纖光柵傳感器可以有效克服該難題。

（4）用于發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

發(fā)動(dòng)機(jī)研制過(guò)程中的部件級(jí)測(cè)試、地面綜合試驗(yàn)、機(jī)載測(cè)試試驗(yàn)以及飛行狀態(tài)下的長(zhǎng)期監(jiān)控重點(diǎn)關(guān)注的參數(shù)包括壓力、溫度、流量、應(yīng)變、振動(dòng)、氣體成分等。發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試的特點(diǎn)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：環(huán)境嚴(yán)酷，特別是溫度、振動(dòng)及電磁環(huán)境，要求測(cè)試系統(tǒng)具有非常好的環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)期可靠性；被測(cè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不便于安裝，要求傳感器必須靈巧、量程大、精度高；另外，需要測(cè)量的測(cè)點(diǎn)多、種類多。光纖傳感技術(shù)是一種新型的傳感技術(shù)，具有體積小、抗電磁干擾、容易實(shí)現(xiàn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)、成本低、可靠性好、周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，將在發(fā)動(dòng)機(jī)測(cè)試中擁有廣闊的應(yīng)用前景。

走向航空應(yīng)用迫切需要解決的問(wèn)題

在光纖光柵刻制方面，需要解決高抗拉強(qiáng)度、耐高溫光纖光柵串的刻制難題，提高光纖光柵品質(zhì)一致性，為更好解決在復(fù)合材料中的應(yīng)用問(wèn)題，需研究更細(xì)、抗彎半徑更小的光纖光柵。在光纖光柵傳感器封裝安裝方面，盡快解決小型光纖應(yīng)變花的封裝問(wèn)題，通過(guò)改結(jié)構(gòu)、改基底材料和安裝膠，提高傳感器在不同結(jié)構(gòu)材料的安裝適應(yīng)能力，解決長(zhǎng)期安裝有效的耐久性和可靠性測(cè)試。

光纖傳感器的發(fā)展正在朝高速度、高可靠、多參量、高集成、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，對(duì)于光波解調(diào)系統(tǒng)，要求發(fā)展具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心解調(diào)光電器件和模塊，提高解調(diào)系統(tǒng)的速度和測(cè)量精度，高度集成化設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)微型化。高速光纖波長(zhǎng)解調(diào)系統(tǒng)是所有光纖傳感器的數(shù)據(jù)采集和運(yùn)算分析平臺(tái)，解調(diào)系統(tǒng)的精度、速度、范圍以及耐受環(huán)境能力直接關(guān)系到光纖傳感器在航空上應(yīng)用的可行性和應(yīng)用深度，應(yīng)針對(duì)航空測(cè)量特點(diǎn)，重點(diǎn)突破速度、帶寬、小型化及多通道測(cè)量網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)地面和機(jī)載測(cè)試需要。

光纖傳感作為一種新型傳感技術(shù)，面對(duì)航空應(yīng)用的復(fù)雜環(huán)境，保障數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠成為應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)于無(wú)法反復(fù)拆裝的光纖傳感器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性評(píng)價(jià)成為校準(zhǔn)的難點(diǎn)，如光纖應(yīng)變傳感器，需要對(duì)此類傳感器研究安裝前校準(zhǔn)、安裝后校準(zhǔn)、安裝一致性評(píng)價(jià)以及現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，解決溫度補(bǔ)償難題。急需開展以型號(hào)測(cè)試為背景的綜合應(yīng)用研究，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，通過(guò)改進(jìn)不