摘 要

本文研制一种光纤光栅漏油检测系统，实现航空管路漏油的实时在线检测。

本检测系统基于复合敏感材料溶胀-光栅应变原理，利用光纤光栅中心波长对应力的敏感，通过一种吸油性较好的复合敏感材料在吸收泄漏的航空油料后即刻发生膨胀，带给光纤光栅一个应力的作用，导致光栅中心波长发生漂移，通过解调系统进行解调，即可得到其波长漂移大小，在上位机形成报警；由吸油量的增大，致使光栅应变增加，可检测出漏油量的增加。

基于复合敏感材料溶胀-光栅应变原理，设计出一种漏油检测系统。首先，将复合敏感材料传感器铺设于管路接头处等漏油易发生的位置，漏油传感器采集到漏油信号后，由光纤光栅波长解调系统解调后再通过STM32进行模数转换，将转换过后的数据进行数字平均滤波再通过串口发送至PC。在PC上经由LABVIEW进行数据处理，根据程序所设定的阈值进行判断漏油量的多少，然后进行报警并实时显示。

通过模拟检测信号对检测系统进行检测，系统可实现对多路信号的同时采集，且上位机可实时显示采集数据并根据所设阈值进行报警。通过实验可以得出，该系统可以实现对信号的采集及显示报警，可以达到预期效果。

关键词：航空管路漏油，光纤光栅漏油检测系统，实时在线检测，复合敏感材料，波长解调，STM32，串口通信，LABVIEW

Abstract

In this paper, a fiber grating leak detection system is developed to achieve real-time on-line detection of oil leakage in aviation pipelines.

The detection system is based on the principle of swelling grating strain of composite sensitive material - using the sensitivity of the central wavelength of the fiber Bragg grating to correspond to the force of the central wavelength of the fiber Bragg grating, and through a good oil absorbing composite sensitive material, it expands immediately after the absorption of the leaked aviation oil, bringing the effect of a stress to the fiber Bragg grating, leading to the drift of the central wavelength of the grating. When the demodulation system is demodulated, the wavelength shift can be obtained, and the alarm is formed in the upper computer. The increase of the oil absorption increases the strain of the grating and detects the increase of the oil leakage.

Based on the principle of swelling and grating strain of composite sensitive materials, an oil leakage detection system is designed. First, the sensor of the composite sensitive material is laid on the location of the oil leakage at the pipe joint. After the oil leakage sensor has collected the oil leakage signal, the fiber Bragg grating wavelength demodulation system demodulates the analog digital conversion through the STM32, and then sends the converted data to the digital average filter and then sends it to the PC through the serial port. Data processing is done through LABVIEW on PC, and the amount of oil leakage is judged according to the threshold set by the program, and then the alarm is displayed and displayed in real time.

The detection system can be detected by the analog signal. The system can collect the multiple signals simultaneously, and the host computer can display the data in real time and alarm according to the set threshold. Through experiments, it can be concluded that the system can realize the acquisition and display of signals, and can achieve the desired results.

Keywords: Aviation pipeline leakage, FBG leak detection system, real-time online detection, composite sensitive material, wavelength demodulation, STM32, serial communication, LABVIEW.

目录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2国内外研究现状 1

1.3主要研究内容 2

第二章 系统设计 4

2.2 下位机部分 4

2.2.1 传感器部分 4

2.2.2 波长解调部分 4

2.2.3 数据的采集与发送 6

2.3 上位机部分 7

2.3.1 数据的接收 7

2.3.2 数据的处理 7

2.3.3 数据的显示与报警的实现 7

2.4 本章小结 7

第三章 硬件设计 8

3.2 解调系统 8

3.3 单片机系统 8

3.3.1 电压的采集 8

3.3.2数据的存储 9

3.3.3 数据的发送 9

3.4 本章小结 9

第四章 软件设计 10

4.1 STM32软件设计 10

4.1.1库函数开发 10

4.1.2 GPIO 10

4.1.3 ADC1的初始化 11

4.1.4 AD转换数据的存储 12

4.1.5 DMA 12

4.1.6 USART 14

4.1.7 软件滤波 15

4.1.8 温度误差的补偿 15

4.2 LABVIEW程序设计 15

4.2.1 VISA 16

4.2.2串口部分 16

4.3 本章小结 18

第五章 系统的调试 19

第六章 总结 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1 研究背景

1903年，莱特兄弟造出第一架飞机飞行者一号，发展到现在，无论是民用还是军用，飞机这种交通运输工具都已经越来越普及。飞机的安全性与飞行的稳定性也越来越被重视。而航空管路的漏油问题便是影响飞机飞行安全的一个重要因素。飞机上的管路系统主要有两种，一种是液压系统，飞机的舵面操作，起落架的收放，刹车，转弯等都需要液压系统的支持，由于这些部件的输油管路通常工作在高压状态下，管路负荷较大，漏油的问题会时常发生^[1]。第二是飞机上的燃油输送系统，飞机的燃油系统直接给飞机提供飞行的动力，对飞机的飞行安全以及飞行品质起到很大的影响，其在工作时也有可能发生油料的泄露。如果飞机内部的管路发生漏油，漏出的油可能会被不可预料的因素点燃，造成火灾甚至爆炸。其次，若漏油量较大，可能影响飞机的飞行距离，使飞机飞不到目的地。而如果是液压系统发生漏油，则可能因为油压不够导致起落架无法打开，无法转弯等问题。而当油料管路发生泄露时，人眼很有可能观察不到，不能及时发现问题，就存在着严重的安全隐患，所以，有必要开发出一套管路漏油智能报警系统，它能够及时发现油料泄露的发生，并检测出泄露的位置，也能够及时报警。

1.2国内外研究现状

经过相关文献的查找，目前对于漏油检测的研究主要有以下几种：

1、通过检测液压系统油箱的液位

该技术主要用于液压系统的漏油检测，通过相关传感器技术，例如超声波传感器，红外传感器等来精确测量液压系统的油箱液位。当检测到油箱中的液位比正常值要低时，则认为液压系统有油料泄露，同时报警装置报警^[2]。这种方式原理简单，实现起来较为容易，但只能检测到是否发生泄露，以及泄露的严重程度，无法检测到泄露的位置。同时只能检测液压系统漏油与否，局限性较大。

2、通过管路压力及流量进行检测