一种基于光纤光栅传感器的飞机燃油油量测量系统

摘要

本发明涉及一种飞机燃油油量测量系统，尤其是一种基于光纤光栅传感器及飞机燃油油量测量系统，属于传感器和测量技术领域；包括其包括外壳体和置于外壳体内的弹性膜片A、弹性膜片B、FBG光栅A和FBG光栅B，FBG光栅A贴于弹性膜片A的下方，FBG光栅B贴于弹性膜片B上方；为了补偿温度对FBG光栅周期的影响，弹性膜片B下方设有保温层，弹性膜片B与保温层之间设有空隙。发明的有点在于：1、传感器测量精度高，安全性高，体积小，结构简单，重量轻；能够解决飞机在加速爬升及下降时的油位检测问题；利用滤波方法可解决液面的晃动问题。2、在测量油位的同时，能够将燃油密度一并得出。

主权项

一种光纤光栅传感器，包括其包括外壳体和置于外壳体内的弹性膜片A、弹性膜片B、FBG光栅A和FBG光栅B，FBG光栅A贴于弹性膜片A的下方，FBG光栅B贴于弹性膜片B上方；为了补偿温度对FBG光栅周期的影响，弹性膜片B下方设有保温层，弹性膜片B与保温层之间设有空隙；所述弹性膜片B和保温层上分别设有直径相同的通孔；弹性膜片与保温层上的通孔的中心线重合；光纤0连接FBG光栅B，将其称为补偿光纤，光纤1连接FBG光栅A，将其称为测量光纤；所述光纤光栅传感器的工作原理如下：对于FBG光栅A，温度和应变引起的布拉格波长的偏移Δλ_B可由下式表示Δλ_B/λ_B＝(1‑P_e)ε+(α+ξ)·ΔT   ……(1)式中，ε为FBG轴向应变，P_e为光纤的光弹系数，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数，ΔT为温度变化量，λ_B为布拉格波长；弹性膜片A在压强p的作用下表面产生应变，贴于下方的FBG光栅A在弹性膜片A的受拉面主要受径向应变作用，弹性膜片A压力值转化为FBG光栅A的布拉格波长偏移量，由于敏感元件FBG光栅各点应变不同，平均应变可由下式等效表示$ϵ=K\frac{3p}{8t^{2}E}(1-{\upsilon }^2)R^2\mathrm{......}\left(2\right)$式中，K与膜片尺寸、FBG粘贴位置有关，t与膜片的厚度有关，E是膜片材料的弹性模量，υ是膜片材料的泊松比，R为膜片的半径，对于同一种材料来说，K、t、E、υ为一常系数；假设FBG光栅A与FBG光栅B具有相同温度，由公式(1)，当FBG光栅A单独受应变作用时，其与FBG光栅B布拉格波长的偏移量为Δλ＝λ₁‑λ₂＝(1‑P_e)ε·λ_B   ......(3)其中，λ_B为布拉格波长将(2)代入(3)得${\lambda }_1-{\lambda }_2=K\frac{3p}{8t^{2}E}(1-{\upsilon }^2)R^2·(1-P_e){\lambda }_B=K^{\prime }\frac{3p}{8t^{2}E}(1-{\upsilon }^2)R^2·(1-P_e)\mathrm{......}\left(4\right)$FBG光栅A、FBG光栅B布拉格波长偏移量λ₁‑λ₂与压力p成线性关系，式(4)可称为FBG液位传感器的理论模型。