光纤光栅传感技术：无人机机翼变形的"健康监测师" 概述

无人机机翼在飞行中承受气动载荷、惯性力等多重作用，易发生弯曲、扭转变形甚至结构损伤。光纤布拉格光栅（FBG）技术凭借高精度、抗电磁干扰和分布式监测能力，成为机翼健康监测的核心手段。武汉市瑞利光测科技有限公司的FGI系列光纤光栅传感系统，通过高密度传感器阵列和智能算法，实现了无人机机翼从静态形变到动态振动的全维度监测，为飞行安全与性能优化提供了可靠保障。

原理简介

FBG传感器的核心是光纤内周期性折射率调制形成的栅区。当机翼变形导致光纤发生应变或温度变化时，光栅周期改变，反射光波长随之偏移。通过解调波长变化量，即可反推出机翼的形变量。例如，瑞利光测的FGI系统采用双光栅设计，结合温度补偿算法，有效消除了环境干扰，提升了测量精度。

监测参数与传感器分类

• 分布式应变监测

在机翼主梁或蒙皮表面嵌入FBG阵列，构建分布式传感网络。每个光栅对应特定位置，通过波长偏移计算局部应变。例如，九自由度位移场模型通过多传感器协同，可重构机翼的平移、扭转及面内畸变等多维形变，精度较传统方法提升30%以上12。瑞利光测的FGI系统支持高达1000个测点的同步采集，适用于大展弦比机翼的复杂变形监测。

• 温度-应变双参量解耦

无人机高空飞行时温差显著，需消除温度对测量的干扰。FGI系统采用双光栅结构，一光栅测量应变，另一光栅专用于温度感知，结合实时补偿算法，将温度漂移误差控制在0.005%以下。这一设计在复旦大学的飞行试验中已验证，机翼挠度测量误差仅为2.5%。

来源《FBG 传感技术在飞机机翼动态形变监测中的应用》

• 动态振动与颤振分析

FBG传感器的高频响应特性（可达kHz级）可捕捉机翼颤振、涡激振动等动态行为。例如，通过频谱分析振动频率与幅值，可预警共振风险。瑞利光测的FGI系统支持动态应变与加速度同步采集，结合逆有限元算法，实现了机翼动态形变的实时重构。

总结与展望

FBG技术已在无人机机翼监测中展现了显著优势，而武汉市瑞利光测科技有限公司的FGI系列产品，通过高速传感与智能解调技术，进一步推动了该领域的工程化应用。未来，随着飞秒激光刻写技术提升传感器密度，以及数字孪生与人工智能算法的融合，FBG系统将实现从“感知”到“预测”的跨越。例如，FGI系统未来或可集成自诊断功能，结合飞行数据预测机翼疲劳寿命，为无人机的智能化运维提供全新范式。这一技术的持续创新，将为航空航天安全与性能优化注入强劲动力。