CN117804527A - 一种电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮 - Google Patents

Abstract

本发明属于电光耦合应用相关技术领域，其公开了一种电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮，其中光纤传感系统包括传感器组、电光转换结构和至少一根光纤，传感器组包括多个电学传感器，每个电学传感器分别通过电光转换结构与光纤相连，电光转换结构用于将电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进光纤中，光纤用于光信号的传输。本发明采用电学传感与光纤传输相结合的方式，通过电学传感器检测获取电信号，有利于提高检测信号的精度和可靠性，通过电光转换结构实现电信号转换至光信号，提出光纤传输，利用光纤低损耗、快速通信以及抗强电磁干扰的优势，可以实现大规模数据采集、抗电磁干扰以及抗高低温环境影响传输。

Description

一种电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮

技术领域

本发明属于电光耦合应用相关技术领域，更具体地，涉及一种电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮。

背景技术

飞行器智能蒙皮是决定飞行器性能的关键结构功能性部件，是改变先进新型飞行器设计理念的关键技术。由于飞行器在飞行过程中会遇到高低温、层流分离等不同极端环境而容易出现飞行器失速、动态失稳、壁面结冰/烧蚀等问题。通过在飞行器机翼表面集成传感器、驱动器、共形天线等部件，形成整体飞行器智能蒙皮结构，具备数据的采集、处理、通讯和控制等功能，能够实现对机翼表面温度、压力、剪切力、应变、热流等气动性能的在线监测，实现飞行器飞行过程中的多参量健康监测。此外对于变体飞行器来说，智能蒙皮通过采集外界多种气动载荷信号，通过实时分析实测数据和气动原理，计算出不同环境下的最佳翼型面，通过控制和驱动系统改变机翼气动外形，实现飞行器机翼变体操作与控制。

现有飞行器智能蒙皮技术的开发集中于多功能电学传感器的结构设计与性能提高，可以实现飞行器机翼表面的温度/压力/应变/热流/剪切力等多信号监测。然而，现有以电学传感器为基础的飞行器智能蒙皮传感系统存在以下两方面的问题：一是大面积机翼表面分布式多参量监测会产生大规模传感数据，这对于电学信号在机翼内的布线走线、导线的数据承载能力是极大考验，大规模数据传输还容易产生发热问题，加剧传感系统的老化；二是飞行器通常需要在恶劣的电磁环境下工作，外界的电磁干扰会容易使电学传输系统失效，使电学传感信号无法准确进行分析和处理，进而影响飞行器的飞行安全。

针对现有飞行器智能蒙皮传感系统在飞行过程中的大规模数据传输、电磁以及高低温环境影响的问题，亟需提出一种适用于飞行器智能蒙皮的传感系统，用于解决飞行器智能蒙皮的大规模数据采集与传输、抗电磁干扰问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮，解决了现有飞行器智能蒙皮传感系统在飞行过程中的大规模数据传输、电磁以及高低温环境影响的问题，利用电学传感器结合光纤可实现大规模数据采集和信号传输，且通过光纤实现抗强电磁干扰以及抗高低温环境影响的传输。

为实现上述目的，按照本发明的第一方面，提供了一种电感光传多功能光纤传感系统，包括传感器组、电光转换结构和至少一根光纤，所述传感器组包括多个电学传感器，每个所述电学传感器分别通过所述电光转换结构与所述光纤相连，所述电光转换结构用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤中，所述光纤用于光信号的传输。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，多个所述电学传感器具有多种检测功能，不同所述电学传感器通过所述电光转换结构形成的光信号的波长不同，通过对所述光纤传输的光信号的波长进行区分以实现不同所述电学传感器检测信号的解耦。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，还包括转换电路，所述转换电路连接在所述电学传感器和所述电光转换结构之间，所述转换电路用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为电压信号，所述电光转换结构用于在电压信号的激发下产生光信号。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，所述电光转换结构包括电光转换元件，所述光纤包括纤芯层和设置在所述纤芯层外部的包层，所述包层在与所述电光转换元件对应处设有挖空部，所述电光转换元件在所述挖空部处与所述纤芯层贴附设置，每个所述电学传感器均通过一个所述电光转换元件与所述光纤相连。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，所述光纤包括连接段和传输段，多个所述电学传感器呈阵列排布，每一排所述电学传感器对应设置一个连接段，该排所述电学传感器中的任一电学传感器通过所述电光转换元件与对应的所述连接段相连，多个所述连接段通过波分复用器与至少一个所述传输段相连。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，所述电光转换结构包括电光连接件，所述电光连接件包括外壳以及封装设置在所述外壳内部的电信号采集电路和电光芯片，所述电光连接件的一端设有电学接口、用于连接所述电学传感器，所述电学接口与所述电信号采集电路相连，所述电信号采集电路用于采集所述电学传感器检测获取的电信号，所述电信号采集电路与所述电光芯片相连，所述电光连接件的另一端设有光纤接口、用于连接光纤，所述电光芯片与所述光纤接口相连，所述电光芯片用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤中。

根据本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，还包括与所述光纤的末端依次相连的光电探测器、电学信号分析仪以及上位机系统，所述光电探测器用于将所述光纤中传输的光信号转换为电信号，所述电学信号分析仪用于将所述光电探测器转换的电信号进行波长区分，所述上位机系统用于根据所述电学信号分析仪区分的电信号获取所述电学传感器的检测信息。

按照本发明的第二方面，提供了一种飞行器智能蒙皮，包括蒙皮本体和上述任一项所述的电感光传多功能光纤传感系统，其中电感光传多功能光纤传感系统的传感器组、电光转换结构和光纤设置在所述蒙皮本体内部。

根据本发明提供的飞行器智能蒙皮，所述蒙皮本体包括内层蒙皮和外层蒙皮，所述传感器组设置在所述外层蒙皮内部，所述电光转换结构和所述光纤设置在所述内层蒙皮内部，所述外层蒙皮和所述内层蒙皮之间设有连接孔，所述电学传感器通过所述连接孔与所述电光转换结构相连。

根据本发明提供的飞行器智能蒙皮，所述传感器组包括温度传感器阵列、剪应力传感器阵列、热流传感器阵列以及压力传感器阵列中的至少一种。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统及飞行器智能蒙皮：

1.采用电学传感与光纤传输相结合的方式，通过电学传感器检测获取电信号，电学传感灵敏度较高，有利于提高检测信号的精度和可靠性，通过电光转换结构实现电信号转换至光信号，支撑了电学传感、光学传输系统的可行性，提出光纤传输，利用光纤低损耗、快速通信以及抗强电磁干扰的优势，可以实现外界物理信号的大规模数据采集、抗电磁干扰以及抗高低温环境影响传输；

2.多个电学传感器可通过电光转换结构连接至一根或多根光纤上，通过一根或多根光纤进行信号传输，相比现有电学传感系统中传感器布设的导线，能够减少光纤的数量，还有利于解决繁杂的走线问题，提高空间利用率。

附图说明

图1是本发明提供的飞行器智能蒙皮的结构示意图；

图2是本发明所提出的飞行器蒙皮表面分布式电学传感器阵列示意图；

图3是本发明所提出的电光转换结构为电光转换元件的设置示意图；

图4是本发明所提出的电光转换结构为电光连接件的设置示意图；

图5是本发明所提出的光纤分布式与光纤接口式两种布置方式示意图；

图6是本发明所提出的电感光传多功能光纤传感系统的组成示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-飞行器智能蒙皮，1.1-外层蒙皮，1.2-内层蒙皮，1.3-机翼，1.4-温度传感器阵列，1.5-内外层蒙皮间连接导线，1.6-电学控制芯片，1.7-剪应力传感器阵列，1.8-热流传感器阵列，1.9-连接孔，1.10-压力传感器阵列，1.11-RF电路，1.12-TR芯片，1.13-AD接口，1.14-DA接口，1.15-传感器引线，2-光纤，3-光电探测器，4-电学导线，5-电学信号分析仪，6-上位机系统，7-电光转换结构，7.1-电光转换元件，7.2-电光转换封装层，7.3-电光连接件，7.31-电信号采集电路，7.32-电光芯片，7.33-外壳，8-光纤接口，9-波分复用器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

参考图1和图2，作为本发明的一个应用实例，本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统可用于飞行器智能蒙皮1，利用智能蒙皮分布式电学信号感知，实现了飞行器智能蒙皮1多种传感参量的监测，将分布式采集的电学信号利用光纤2进行传输，提高了信号传输的容量和传输距离，提高了飞行器智能蒙皮传感系统的抗电磁干扰以及抗高低温环境影响的性能。应当注意的是，此处仅选用一个具体应用实例来对本发明的上述光纤传感系统进行具体说明，但本发明提出的多功能光纤传感系统也可用在其他需要监测传感的应用中，具体应用不做限定。

作为本发明提供的实施例的第一个方面，提供了一种电感光传多功能光纤传感系统，该光纤传感系统包括传感器组、电光转换结构7和至少一根光纤2，所述传感器组包括多个电学传感器，每个所述电学传感器分别通过所述电光转换结构7与所述光纤2相连，所述电光转换结构7用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤2中，所述光纤2用于光信号的传输。

多个电学传感器可用于多个指标的监测，每个指标对应的电学传感器设有至少一个，用于对至少一个部位进行监测，从而多个电学传感器可实现分布式多功能检测功能。电学传感器与电光转换结构7相连，检测获取的电信号通过电光转换结构7转换为光信号；电光转换结构7与光纤2相连，将转换的光信号耦合进光纤2中进行传输。

本发明提供的电感光传多功能光纤传感系统，采用电学传感与光纤传输相结合的方式，通过电学传感器检测获取电信号，电学传感灵敏度较高，有利于提高检测信号的精度和可靠性，通过电光转换结构7实现电信号转换至光信号，支撑了电学传感、光学传输系统的可行性，提出光纤2传输，利用光纤低损耗、快速通信以及抗强电磁干扰的优势，可以实现外界物理信号的大规模数据采集、抗电磁干扰以及抗高低温环境影响传输。

进一步地，多个电学传感器可通过电光转换结构7连接至一根或多根光纤2上，通过一根或多根光纤2进行信号传输，相比现有电学传感系统中传感器布设的导线，能够减少光纤2的数量，还有利于解决繁杂的走线问题，提高空间利用率。

进一步地，多个所述电学传感器具有多种检测功能，不同所述电学传感器通过所述电光转换结构7形成的光信号的波长不同，通过对所述光纤2传输的光信号的波长进行区分以实现不同所述电学传感器检测信号的解耦。

具体地，多个不同功能的传感器对应连接至一根或少数几根光纤2，不同位置处的电学传感器对应的电光转换结构7所发射的光信号波长是不同的，当不同位置处的电学传感器对外界产生响应时，光纤2内传输的不同波长的光强度会随之改变，通过对不同波长的光信号进行分析即可获取对应的电学传感器的检测信号，进而产生分布式传感效果。

具体地，不同电学传感器通过电光转换结构7形成的光信号的波长可预先标定获知。即可预先通过实验标定确定各个电学传感器对应的光信号的波长，从而在实际应用时，通过对对应波长的光信号进行分析即可获取对应电学传感器的检测信号。

进一步地，电感光传多功能光纤传感系统还包括转换电路，所述转换电路连接在所述电学传感器和所述电光转换结构7之间，所述转换电路用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为电压信号，所述电光转换结构7用于在电压信号的激发下产生光信号。

具体地，每个电学传感器对应连接一个转换电路，检测获取的电信号通过转换电路转换为电压信号，电光转换结构7为电压驱动的可发光器件。电光转换结构7在电势作用下发出一定强度、波长的光信号，当外界信号发生变化时，电学传感器产生不同的电学信号，导致电光转换结构7产生的光信号在不同波长处的光强发生改变，进而产生传感功能。进一步地，电光转换结构7产生的光信号将通过光纤2进行传输到后端进行解调处理。

参考图3，在一些具体实施例中，所述电光转换结构7包括电光转换元件7.1，所述光纤2包括纤芯层和设置在所述纤芯层外部的包层，所述包层在与所述电光转换元件7.1对应处设有挖空部，所述电光转换元件7.1在所述挖空部处与所述纤芯层贴附设置，每个所述电学传感器均通过一个所述电光转换元件7.1与所述光纤2相连。

如图3所示，本实施例提供的电光转换结构7具体包括电光转换元件7.1，每个电学传感器均通过传感器引线1.15和内外层蒙皮间连接导线1.5与贴附在纤芯层表面的电光转换元件7.1相连，光纤2在需要设置电光转换元件7.1的部位可剥去外层的包层使得纤芯层暴露，便于将电光转换元件7.1设置在纤芯层上。电光转换元件7.1将电信号转换为光信号后将光信号耦合进纤芯层中进行传播。

挖空部处在纤芯层的表面还设有导电线路，电学传感器通过内外层蒙皮间连接导线1.5和导线线路与电光转换元件7.1相连。导电线路可通过喷印工艺形成。电光转换元件7.1的外部设有电光转换封装层7.2，电光转换封装层7.2起到对电光转换元件7.1的封装保护作用，同时对纤芯层起到保护作用。电光转换封装层7.2也可采用喷印方法制造，可选的喷印方法包括但不限于喷墨打印、气溶胶喷印、电流体喷印。电光转换元件7.1是将外界电信号转换为光信号，电光转换元件7.1包括但不限于LED、Micro-LED、电化学发光电池、交流电致发光器件、电光晶体材料层。在电光转换元件为电光晶体材料层时，可利用电光晶体材料通过喷印工艺形成在纤芯层表面；在电光转换元件7.1为其他器件时，可贴附固定在纤芯层表面。

参考图5中的(1)，本实施例基于电光转换元件7.1的设置结构提出一种光纤分布式布置方式，在光纤分布式布置中，所述光纤2包括连接段和传输段，连接段用于与电学传感器相连，传输段用于光信号的传输。多个所述电学传感器呈阵列排布，每一排所述电学传感器对应设置一个连接段，该排所述电学传感器中的任一电学传感器通过所述电光转换元件7.1与对应的所述连接段相连，多个所述连接段通过波分复用器9与至少一个所述传输段相连。

即连接段与电学传感器原位对应设置，针对电学传感器阵列排布，可对应多排电学传感器设置多个连接段，每个连接段与相应排的多个电学传感器分别通过电光转换元件7.1相连，从而每排的电学传感器分别将信号耦合进对应的连接段中，该光纤分布式布置方式便于电学传感器与光纤连接段的连接设置。进一步地，多个连接段可利用波分复用器9将信号整合到更少数量的传输段中，利用较少数量的传输段进行信号传输。波分复用器9可设有光纤接口8，用于连接传输段光纤。电学传感器检测获取的电信号经转换电路转换为电压信号后，转换电路连接至电光转化元件7.1。

参考图4，在另一些具体实施例中，所述电光转换结构7包括电光连接件7.3，所述电光连接件7.3包括外壳7.33以及封装设置在所述外壳7.33内部的电信号采集电路7.31和电光芯片7.32，所述电光连接件7.3的一端设有电学接口、用于连接所述电学传感器，所述电学接口与所述电信号采集电路7.31相连，所述电信号采集电路7.31用于采集所述电学传感器检测获取的电信号，所述电信号采集电路7.31与所述电光芯片7.32相连，所述电光连接件7.3的另一端设有光纤接口、用于连接光纤，所述电光芯片7.32与所述光纤接口相连，所述电光芯片7.32用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤2中。

参考图5中的(2)，本实施例基于电光连接件7.3的设置结构提出一种光纤接口式布置方式，在光纤接口式布置中，电学传感器检测获取的电信号经转换电路转换为电压信号后，转换电路可通过传感器引线1.15连接至电光连接件7.3的电学接口上，电光连接件7.3中的电信号采集电路7.31通过实时高频扫描各回路电压信号，并通过电光芯片7.32实时转换为不同波长的多源脉冲光(各波长由具体电学传感器位置决定)，然后通过连接在光纤接口中的光纤2进行传输。由于电光芯片7.32正对光纤端面，通过将多源脉冲光信号通过光纤端面导入至光纤2，在后端通过光谱仪对不同波长的光信号进行解耦。该方法通过光纤端面导光，提高了导光效率，降低了光信号在前端的损耗。同时可在不改变现有传感器组布局的情况下对现有电学传感器信号进行电光转换与传输。

进一步地，传感器组中的多个电学传感器可与同一个电光连接件7.3相连，也可与多个电光连接件7.3相连，具体不做限定。在同一个电光连接件7.3内部，可设置一个电光芯片7.32对应一个光纤接口，从而连接一根光纤，也可设置多个电光芯片7.32对应多个光纤接口与多根光纤相连，具体不做限定。

进一步地，电感光传多功能光纤传感系统还包括与所述光纤2的末端依次相连的光电探测器3、电学信号分析仪5以及上位机系统6，所述光电探测器3用于将所述光纤2中传输的光信号转换为电信号，所述电学信号分析仪5用于将所述光电探测器3转换的电信号进行波长区分，所述上位机系统6用于根据所述电学信号分析仪5区分的电信号获取所述电学传感器的检测信息。

如图6所示，光纤传感系统具体组成包括传感器组、电光转换结构7、光纤2、光电探测器3、电学导线4、电学信号分析仪5、光纤传感系统控制器即上位机系统6。具体地，当电光转换结构7将外界电学信号转换为光学信号后，将经过远距离传输光纤2传输至光电探测器3，远距离传输光纤2将可使信号传输速率提高，并极大减少信号损耗，同时可以提高信息容量，抗外界电磁信号干扰。当光信号经过光纤2传输到后端处理系统后，光电探测器3将光信号进行处理并转换为电学信号，经过转换后的电学信号通过电学导线4传输至电学信号分析仪5，电学信号分析仪5将电学信号进行解调处理，将同一光纤2不同位置分布的传感器信息解耦，并将电学信号传输至光纤传感系统控制器即上位机系统6进行处理。电学信号分析仪5可为示波器。

进一步地，光纤2负责将光信号远距离传输至后端处理模块，光纤的抗干扰与高低温工作特性将避免信号在高低温、强电磁环境下受到干扰和失真。光电探测器3、电学导线4、电学信号分析仪5、光纤传感系统控制器可统一集成在后端处理模块内。例如该传感系统在用于飞行器智能蒙皮时，后端处理模块可集成在飞行器的控制台中。

光电探测器3包括但不限于片上光电探测器、硅光电二极管、雪崩光电二极管。当电学传感器的电信号经电光转换结构7转换产生的光信号较弱时，可选择在光纤2上加装光纤放大器，避免光信号在远距离信号传输过程中因损耗而被噪声淹没。光纤放大器应该在每根光纤2上单独安装。光纤放大器设在光信号的传输路径上。

作为本发明提供的实施例的第二个方面，提供了一种飞行器智能蒙皮1，该飞行器智能蒙皮1包括蒙皮本体和上述任一项实施例所述的电感光传多功能光纤传感系统，其中电感光传多功能光纤传感系统的传感器组、电光转换结构7和光纤2设置在所述蒙皮本体内部。蒙皮本体包覆设置在飞行器的机翼1.3外部。

进一步地，所述蒙皮本体包括内层蒙皮1.2和外层蒙皮1.1，所述传感器组设置在所述外层蒙皮1.1内部，所述电光转换结构7和所述光纤2设置在所述内层蒙皮1.2内部，所述外层蒙皮1.1和所述内层蒙皮1.2之间设有连接孔1.9，所述电学传感器通过所述连接孔1.9与所述电光转换结构7相连。

电学传感器在连接孔1.9中设置有内外层蒙皮间连接导线1.5，通过内外层蒙皮间连接导线1.5与内层蒙皮1.2中的相关元件相连，例如可先连接至转换电路，然后再连接至电光转换结构7。连接孔1.9中的内外层蒙皮间连接导线1.5制造方法可采用高分辨率电流体喷印工艺，可在细小微孔内实现上下层导线互连。

进一步地，所述传感器组包括温度传感器阵列1.4、剪应力传感器阵列1.7、热流传感器阵列1.8以及压力传感器阵列1.10中的至少一种。

参考图1和图2，在一个具体实施例中，飞行器智能蒙皮外层蒙皮1.1实际为传感结构承载层，由多功能传感阵列及封装的蒙皮组成。传感器组具体包括温度传感器阵列1.4、剪应力传感器阵列1.7、热流传感器阵列1.8，压力传感器阵列1.10，内外层蒙皮间连接导线1.5，图2所示即为飞行器蒙皮表面分布式电学传感器阵列示意图。

飞行器智能蒙皮内层蒙皮1.2实际为控制功能原件集成层，由电学传感器信号控制单元和智能蒙皮所需其他现有功能部件组成。具体包括蒙皮内层电学控制芯片1.6，以及RF电路1.11，TR芯片1.12，AD接口1.13，DA接口1.14等智能蒙皮的常见现有功能部件，其中AD接口1.13，DA接口1.14为智能蒙皮与外界的不同通讯协议接口。电学控制芯片1.6用于实现智能蒙皮的常见现有控制功能，之外，还可将转换电路设置在电学控制芯片1.6上，转换电路也可设置在其他合适部位，具体不做限定。

电光转换结构7功能为将多种传感电信号经过传感器引线1.15传输后，将电信号转换为光信号，并通过光纤2进行远距离传输。飞行器智能蒙皮外层蒙皮1.1和内层蒙皮1.2之间通过连接孔1.9进行连接，连接孔1.9内分布有内外层蒙皮间连接导线1.5，内外层蒙皮间连接导线1.5将外层蒙皮多种传感阵列采集的外界敏感信号传输至内层蒙皮中。

如图3、图4和图5所示，根据电光转换结构7的具体设置结构不同，飞行器智能蒙皮传感系统组成分为两种，分别为光纤分布式布局和光纤接口式布局。具体地，对于光纤分布式布局方式，飞行器智能蒙皮1和远距离传输光纤2之间选择通过波分复用器9将多个连接段光纤信息整合到少量传输段光纤内，可大大减少远距离传输中所使用的光纤数量。当前端采用波分复用器9时，在远距离传输光纤2与光电探测器3之间应采用波分解复用器将不同波长的光信号进行解耦合，便于后端处理。该布局方式全局布置功能光纤，抗电磁干扰能力强。

对于光纤分布式布局方式，每个电学传感器分别对应一个电光转换元件7.1，每个电学传感器分别驱动不同的电光转换元件7.1，在同一个蒙皮内光纤连接段上，不同位置的电光转换元件7.1的光发射波长是不同的，当不同位置处的电学传感器信号不同时，蒙皮内不同位置的电光转换元件7.1的光发射强度也不同，由此可以实现多功能分布式光纤传感功能。

具体地，对于光纤接口式布局方式，飞行器智能蒙皮1和远距离传输光纤2之间选择通过电光连接件7.3将多个电学传感器信息整合到少量光纤2内，可大大减少远距离传输中所使用的光纤数量。该布局方式只需在电光连接件7.3后端布置光纤，成本较低。

本发明针对现有技术中的不足，提供了一种用于飞行器智能蒙皮的电感光传多功能光纤传感系统，在实现飞行器智能蒙皮多参数在线测量的同时，可以解决飞行器智能蒙皮的大规模数据采集与传输、抗电磁干扰的问题。

本发明提出的用于飞行器智能蒙皮的电感光传多功能光纤传感系统，具体利用电学传感器结合光纤进行大规模数据采集和信号传输；利用不同功能、结构的电学信号传感器实现温度、压力、应变等多种物理量的在线测量，同时利用光纤抗强电磁干扰的优势，实现外界物理信号的大规模数据采集与信号传输，配合后端的信号解调与处理，实现多物理量的解调，实现飞行器的实时健康监测，并为变体飞行器的机翼结构变形与翼型面计算提供数据依据。

总体而言，与现有实施方式相比，本发明所提出的技术方案主要具备以下优点和有益效果：

1.本发明提出的电感光传多功能光纤传感系统，将电学传感器的信号采用抗电磁干扰的光纤进行传输，避免了电学信号传输在飞行器的强电磁环境下因受到电磁干扰而失真，与传统飞行器智能蒙皮传感系统相比，具备抗电磁干扰的优势。

2.本文提出的电感光传多功能光纤传感系统，至少一根光纤对应多个不同类型的传感器，通过不同波长光信号的传输，实现了多种传感信号的实时监测与解耦，解决了传统光纤传感器传感无法实现多种传感物理量解耦的问题。

3.与传统飞行器蒙皮电学传感系统中每个电学传感器均需要两条导线相比，本发明提出的分布式光纤传感方案，提高了传感器的布置密度；同时采用波分复用技术，进一步减少了光纤的使用数量，解决了传统飞行器蒙皮采用电学信息传输时繁杂的走线问题，减小了传感系统的占用空间，提高了蒙皮狭小空间内的空间利用率。

4.本发明提出的基于电学传感光学传输的飞行器蒙皮传感方式，在同一根光纤上布置多个传感器，可方便地实现基于光纤的分布式传感，进而提高飞行器蒙皮表面不同位置处测量信号的空间分辨率，有利于获取更加精确全面的检测信号。

5.本发明提出的电感光传多功能光纤传感系统，利用光纤低损耗的优势，将信号传输距离提高至公里级别，降低了信号的传输损耗，大大提高了信号的传输距离。

6.本文提出的电感光传多功能光纤传感系统，通过光纤的大容量特性采集和传输外界传感信息，提高了传感系统的信息承载量，且同时避免了采用导线传输大规模数据时的发热问题。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，包括传感器组、电光转换结构和至少一根光纤，所述传感器组包括多个电学传感器，每个所述电学传感器分别通过所述电光转换结构与所述光纤相连，所述电光转换结构用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤中，所述光纤用于光信号的传输。

2.如权利要求1所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，多个所述电学传感器具有多种检测功能，不同所述电学传感器通过所述电光转换结构形成的光信号的波长不同，通过对所述光纤传输的光信号的波长进行区分以实现不同所述电学传感器检测信号的解耦。

3.如权利要求1所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，还包括转换电路，所述转换电路连接在所述电学传感器和所述电光转换结构之间，所述转换电路用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为电压信号，所述电光转换结构用于在电压信号的激发下产生光信号。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，所述电光转换结构包括电光转换元件，所述光纤包括纤芯层和设置在所述纤芯层外部的包层，所述包层在与所述电光转换元件对应处设有挖空部，所述电光转换元件在所述挖空部处与所述纤芯层贴附设置，每个所述电学传感器均通过一个所述电光转换元件与所述光纤相连。

5.如权利要求4所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，所述光纤包括连接段和传输段，多个所述电学传感器呈阵列排布，每一排所述电学传感器对应设置一个连接段，该排所述电学传感器中的任一电学传感器通过所述电光转换元件与对应的所述连接段相连，多个所述连接段通过波分复用器与至少一个所述传输段相连。

6.如权利要求1-3中任一项所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，所述电光转换结构包括电光连接件，所述电光连接件包括外壳以及封装设置在所述外壳内部的电信号采集电路和电光芯片，所述电光连接件的一端设有电学接口、用于连接所述电学传感器，所述电学接口与所述电信号采集电路相连，所述电信号采集电路用于采集所述电学传感器检测获取的电信号，所述电信号采集电路与所述电光芯片相连，所述电光连接件的另一端设有光纤接口、用于连接光纤，所述电光芯片与所述光纤接口相连，所述电光芯片用于将所述电学传感器检测获取的电信号转换为光信号并耦合进所述光纤中。

7.如权利要求1-3中任一项所述的电感光传多功能光纤传感系统，其特征在于，还包括与所述光纤的末端依次相连的光电探测器、电学信号分析仪以及上位机系统，所述光电探测器用于将所述光纤中传输的光信号转换为电信号，所述电学信号分析仪用于将所述光电探测器转换的电信号进行波长区分，所述上位机系统用于根据所述电学信号分析仪区分的电信号获取所述电学传感器的检测信息。

8.一种飞行器智能蒙皮，其特征在于，包括蒙皮本体和上述权利要求1-7中任一项所述的电感光传多功能光纤传感系统，其中电感光传多功能光纤传感系统的传感器组、电光转换结构和光纤设置在所述蒙皮本体内部。

9.如权利要求8所述的飞行器智能蒙皮，其特征在于，所述蒙皮本体包括内层蒙皮和外层蒙皮，所述传感器组设置在所述外层蒙皮内部，所述电光转换结构和所述光纤设置在所述内层蒙皮内部，所述外层蒙皮和所述内层蒙皮之间设有连接孔，所述电学传感器通过所述连接孔与所述电光转换结构相连。

10.如权利要求8所述的飞行器智能蒙皮，其特征在于，所述传感器组包括温度传感器阵列、剪应力传感器阵列、热流传感器阵列以及压力传感器阵列中的至少一种。