نسل بعدی فضاشناسی: فیبر نوری ترانسدوسر

صنعت هوافضا خواستار سنسورهایی است که نه تنها دقیق، بلکه انعطاف پذیر، سبک و ایمنی از هرج و مرج الکترومغناطیسی از هواپیماهای مدرن و فضاپیما هستند. مبدل های فیبر نوری به عنوان یک تکنولوژی سنگ بنای برای پاسخگویی به این خواسته ها ظهور کرده اند.با رمزگذاری داده ها در نور به جای سیگنال های الکتریکی، این دستگاه ها بسیاری از مسائل قابل اطمینان مرتبط با سنسورهای الکترونیکی سنتی را بررسی می کنند.

اصول فیبر نوری Transduction

در هسته خود، مبدل های فیبر نوری تبدیل یک پارامتر فیزیکی - مانند فشار، دما یا فشار - به یک تنظیم نور سفر از طریق فیبر نوری. روش های سنجش مشترک شامل فیبر Bragg و تولید برق (FBG)، فیبرهای جریانی و جریان الکتریکی در این اتصال دی الکتریک، و پراکندگی Brillouin. FG، برای مثال، یک توانایی پهنای باند خاص را منعکس می کند که در بسیاری از تغییرات نور در این سیستم های حرارتی حساس است:

پیشرفت های تکنولوژیکی اخیر

دهه گذشته شاهد افزایش نوآوری با هدف غلبه بر محدودیت های سنتی سنسور فیبر نوری، مانند حساسیت متقابل و شکننده بودن این پیشرفت ها است که مهندسان هوافضا را قادر می سازد تا مبدل های فیبر نوری را در نقش هایی که برای گزینه های سنگین تر و کمتر قابل اعتماد رزرو شده اند، به کار گیرند.

حساسیت و وضوح بالا

مبدل های فیبر نوری مدرن اکنون می توانند جابجایی های زیر نانومتر و تغییرات دمای میلیکلوین را حل کنند، این جهش در حساسیت توسط طرح های جدید بازجوتور، از جمله بازتاب زمان نوری حساس فاز (OTDR) و الگوریتم های پیشرفته تعمیر و نگهداری طول موج به جای برنامه های هوافضا، این بدان معنی است که مهندسان می توانند اولین نشانه های پیش بینی کننده خستگی ساختاری در فریم های هوا یا دقیقه را تشخیص دهند [0] که در سطح توربین های کوچکتر از آن است: FLTxr1، که می توانند یک سیستم های بازرسی را در تنظیمات میکروLT را نشان دهند:

مینیاتوراسیون و ادغام در ساختارهای کامپوزیت

تکنیک های کوچک سازی قرض گرفته شده از صنعت نیمه هادی در حال حاضر اجازه می دهد تولید فیبر نوری (تخلافات با قطر کوچکتر از یک موی انسان است.این میکرو ترانسکن ها می توانند به طور مستقیم به پلیمرهای کربن تقویت شده در طول فرآیند شروع کار، ایجاد پانل های کامپوزیتی "هوشمند" که به طور مداوم سلامت ساختاری خود را گزارش می دهند، جاسازی شوند.این ادغام نیاز به دقت گسترده و کاهش یافته است.

هزینه های متعدد

یکی از مهمترین پیشرفت ها در تقسیم طول موج کم هزینه (WDM) و زمان تقسیم چندین برابر (TDM) بازجویی کنندگان است.با شبکه صدها مبدل در یک فیبر واحد، مهندسان هوافضا می توانند مناطق وسیعی از یک هواپیما را بدون افزایش متناسب در کابل کشی یا وزن نظارت کنند.این قابلیت چندکسینگ به طور چشمگیری کاهش نصب و هزینه های تعمیر و نگهداری تجاری است.

برنامه های کاربردی تبدیل پرواز و فضا

خواص منحصر به فرد مبدل های فیبر نوری در سراسر طیف هوافضای کل، از حمل و نقل هوایی تجاری گرفته تا کاوشگرهای فضایی عمیق مورد بهره برداری قرار می گیرد.در زیر مناطق کلیدی هستند که این تکنولوژی در آن تاثیر ملموسی ایجاد می کند.

نظارت بر سلامت ساختاری (SHM)

هواپیماهای مسافربری و فضاپیما با بارهای چرخه ای بی وقفه، دوچرخه سواری حرارتی و حوادث تاثیر گذار مواجه می شوند. [۱] مبدل های نوری فیبر که در بال ها جاسازی شده اند، پانل های بدنه ای، و دنده فرود، داده های مداوم و زمان واقعی را در مورد استرس، فشار و انباشت مکانیکی (بر خلاف سنسور های برش سریع الکتریکی) فراهم می کنند، آنها نیازی به سیم کشی به یک واحد خرید اطلاعات مرکزی ندارند؛ به عنوان مثال، به منظور کاهش کل سیستم کنترل خودکار (F) پردازش تصاویر کنترل دقیق از طریق سیستم کنترل دقیق پردازش خودکار، پردازش خودکار، با استفاده از یک سیستم کنترل سوخت، پردازش اطلاعات، پردازش خودکار، به سرعت پردازش خودکار، پردازش اطلاعات، پردازش خودکار، به سرعت پردازش اطلاعات، به سرعت پردازش اطلاعات، پردازش اطلاعات، به سرعت پردازش اطلاعات، به سرعت پردازش اطلاعات، پردازش اطلاعات، به سرعت پردازش اطلاعات را کاهش می دهد.

مدیریت بهداشت موتور

موتورهای توربین در گرمای شدید، ارتعاشات و EMI کار می کنند - یک محیط خصمانه برای مبدل های الکتریکی معمولی. فیبر نوری در اینجا عالی است. FBG های با درجه حرارت بالا که در مخازن بازسازی شده اند می توانند دما را بیش از 800 درجه سانتیگراد مقاومت کنند، اجازه می دهد اندازه گیری مستقیم از دمای خط لوله کش 25٪ باشد.این داده ها مهندسان را قادر می سازد تا مخلوط های سوخت را برای انتشار گازهای گلخانه ای پایین تر و بخش طولانی تر از عمر بهینه سازی کنند.

Hypersonic و Space Application

در سرعت های مافوق صوت، گرمایش آئرودینامیک می تواند مواد ساختاری را برای انجام تغییرات سریع فاز ایجاد کند. مبدل های فیبر نوری، با توده حرارتی کوچک و نرخ پاسخ بالا، تنها سنسور هایی هستند که قادر به ثبت این رویدادهای حرارتی بدون آسیب رساندن به سفارشات لایه نور مکانیکی هستند، در حالی که مهندسان آرایه های FBG را در سپر حرارتی آزمایش کردند تا نرخ های پرتاب دقیق تر در ماهواره های استاندارد طلایی (به علاوه بر این که فیبرهای حساس هستند) را ارائه دهند.

Overcoming Hurdles: Durability و Interrogation Electronics

علی رغم مزایای آنها، مبدل های فیبر نوری با چالش های عملی مواجه هستند. (فیزیکی شیشه ای) خود می تواند شکننده باشد، به ویژه هنگامی که تحت فشار مکرر یا چرخه های فشار بالا قرار می گیرند، پیشرفت های اخیر در فیبرهای پلیمی و کربن پوشش بسیار حساسی را برای جلوگیری از کاهش وزن تراشه های عصبی گذشته نشان داده اند که بیش از 10 ماژول های آزمایشی فعال شده اند (اغلب با سرعت بالا) جلوگیری از سرعت بالا (F پیشرفته شدن سرعت بالا در حال توسعه سریع تر از سرعت بالا (در حال توسعه سریع ترین سرعت بالا)

آینده چشم انداز و روند نوظهور

مسیر مبدل های فیبر نوری در نقاط هوافضا به سمت ادغام کامل در اکوسیستم دوقلو دیجیتال، هواپیماهای آینده نه تنها صدها، بلکه هزاران سنسور تغذیه داده ها به یک نسخه دیجیتال با فیبر بالا که پیش بینی شکست ها و بهینه سازی محاسبات تعمیر و نگهداری سیستم صوتی توزیع شده (DAS) - یک تکنیک با استفاده از Rayleigh backcatter برای تشخیص لرزش بیش از مدت فیبر طولانی - به طور کامل ساختار موج سازی شده است که می تواند به استفاده از یک سیستم پردازش سیگنال های صوتی جدید در حال حاضر هیجان انگیز در مورد استفاده از سیستم پردازش مجدد.

نتیجه گیری

پیشرفت در مبدل های فیبر نوری تغییر می کند آنچه در مهندسی هوافضا امکان پذیر است، از نظارت بر فشار فوق حساس در بال های کامپوزیت تا سنجش دما بالا در موتورهای نسل بعدی، این دستگاه ها مزایای عملکردی را ارائه می دهند که به طور مستقیم به امن تر، سبک تر، و کارآمد تر از هواپیماهای و فضاپیما تبدیل می شود.