LTP 激光位移傳感器：賦能 eVTOL 旋翼形變實時監測 筑牢低空經濟安全防線

2024 年 “低空經濟" 被寫入政府工作報告，標志著這一戰略性新興產業上升至國家發展層面。隨后深圳、合肥、廣州等多地加速打造低空經濟示范區，配套政策與基礎設施持續落地，產業發展駛入快車道。據中國民HANG局及機構預測，2025 年我國低空經濟市場規模將達到 1.5 萬億元，電動垂直起降飛行器（eVTOL）作為低空出行、低空物流、應急救援等場景的核心裝備，成為產業鏈競爭焦點。目前，億航智能、小鵬匯天、峰飛航空等國內企業，以及海外 Joby、Archer 等頭部廠商均在加速 eVTOL 機型研發、試飛與商業化布局，民HANG局也同步加快 eVTOL 適航審定節奏。

旋翼是 eVTOL 的核心升力與動力部件，其結構健康狀態直接決定飛行安全與運行穩定性。在高速旋轉工況下，旋翼極易產生動態形變，微小形變累積便會引發安全隱患，因此旋翼形變監測已成為飛行器檢測、旋翼健康監測的核心環節。傳統檢測手段難以適配高速動態測量場景，而 LTP 系列高速高精度激光位移傳感器憑借超快采樣速率、亞微米級測量精度與非接觸式檢測優勢，打造出成熟的 eVTOL 旋翼形變實時監測方案，為低空經濟安全發展提供技術支撐。

eVTOL 旋翼常規工作轉速區間為 500-2000 RPM，不同飛行姿態、載荷下轉速會產生動態波動，高速運轉的旋翼持續承受巨大離心力、復雜氣動載荷，長期服役還會出現材料疲勞問題。從形變特征來看，旋翼整體形變量多處于毫米級別，但翼根、翼尖、葉片前緣等關鍵受力區域，僅 0.1mm 級的微小形變，就會破壞旋翼氣動平衡，引發機體劇烈振動、噪音超標，長期發展還會造成葉片開裂、結構松脫，嚴重威脅航空安全。

長期以來，行業依賴應變片、慣性傳感器、靜態檢測儀開展旋翼檢測，但各類設備均存在明顯短板。應變片屬于接觸式檢測器件，安裝于高速旋轉的旋翼上易出現脫落、線路纏繞問題，且僅能采集局部應力數據，無法實現全域形變監測；慣性傳感器側重捕捉飛行器整體姿態與振動參數，測量分辨率不足，難以識別亞毫米級細微形變；傳統靜態檢測只能在設備停機狀態下完成測量，無法復現飛行過程中的動態載荷與瞬時形變，檢測數據與真實工況偏差較大。面對 eVTOL 高速旋轉旋翼的動態形變檢測需求，行業亟需一套非接觸、高采樣、高精度的全新解決方案。

LTP 系列激光位移傳感器基于成熟的激光三角測量原理工作：激光器發射定向光束照射旋翼表面，接收鏡組模塊收集葉片漫反射與鏡面反射光線，通過感光元件上光斑的位置變化精準換算位移數據。該產品對接收鏡組進行結構優化，有效規避濾光片反射造成的多重光斑干擾，搭配自主研發的半透明物體測量算法，可適應不同材質、不同表面粗糙度的旋翼葉片，大幅提升測量信噪比與數據穩定性。結合 eVTOL 檢測場景，該系列傳感器多項核心參數精準匹配工況需求：最高 200kHz 采樣頻率、極限分辨率達 0.01μm，重復精度穩定在亞微米級別，量程覆蓋 20mm~2250mm 全區間，可適配小型載人 eVTOL 到大型貨運 eVTOL 等不同機型。

針對高速旋轉旋翼，方案核心采用頻閃采樣技術，這也是實現動態形變精準測量的關鍵。常規低速采樣設備在面對千轉級旋翼時，會出現數據斷檔、相位錯位問題，無法捕捉瞬時形變。而 LTP 傳感器依托 200kHz 超高采樣頻率，搭配旋翼轉速編碼器輸出的相位同步信號，在旋翼每一圈旋轉的固定相位點精準觸發采樣。以 2000 RPM 的極限轉速為例，旋翼每秒旋轉約 33 圈，200kHz 采樣速率可在單圈行程內采集上萬個有效數據點，完整記錄葉片在不同相位的瞬時形變狀態。工作人員通過對多圈連續采樣數據進行相位對齊、降噪處理，將離散點位數據拼接整合，即可重建出旋翼完整的周向動態形變曲線，直觀呈現全葉片的形變分布規律。

同時，LTP 系列區分小光斑、寬光斑、超寬光斑三種規格：最小 Φ18μm 的小光斑適用于翼尖等微小區域的高精度檢測，保障 0.1mm 級關鍵形變有效捕捉；寬光斑與超寬光斑則適配表面粗糙度較大的旋翼主體，避免因葉片表面凹凸造成數據波動。在功能拓展上，傳感器支持以太網、485 串口、模擬信號（±10V、4-20mA）多類型輸出，可獨立工作無需額外控制器，主機、從機聯動模式能實現多旋翼同步測量；IP67 防護等級可應對地面測試臺架、戶外試飛等復雜環境，具備較強的抗電磁、抗光學干擾能力。該激光監測方案并非替代傳統設備，而是與應變片、慣性傳感器形成互補：激光傳感器負責非接觸式全域動態形變測量，應變片監測局部應力變化，慣性傳感器采集整機飛行姿態，三者融合構建QUAN方位、多層次的旋翼健康監測體系。

在落地實施層面，該監測方案從傳感器布置、同步觸發、數據采集三大維度形成標準化流程。在傳感器布置上，分為地面測試與機載飛行兩大場景：地面適航測試階段，采用多傳感器分布式布局，在旋翼翼根、中段、翼尖等關鍵點位按需布設探頭，根據被測區域選擇對應光斑型號；多旋翼機型則啟用主機 - 從機同步模式，保證所有探頭協同作業。機載實時監測階段，選用緊湊型傳感器，輕量化固定于機身無氣流干擾區域，保障測量光路穩定。觸發同步依靠外接轉速編碼器，實時采集旋翼轉速與相位信號，通過硬件鏈路觸發傳感器同步采樣，確保每一圈旋翼在同一空間相位完成數據采集，消除旋轉相位偏差。數據采集與重建環節，海量采樣數據通過以太網實時傳輸，搭配配套 TLSlaserStudio 測控軟件及開發包，實現數據可視化、實時存儲與智能分析，最終輸出形變曲線、形變極值、振動波形等專業報告。

目前，基于 LTP 激光位移傳感器的旋翼形變監測方案已落地三大核心應用場景。第一是地面測試驗證，作為 eVTOL 適航認證的核心檢測環節，地面臺架模擬不同轉速、不同氣動載荷的全工況環境，對旋翼形變進行連續監測，驗證結構設計合理性，提前排查設計缺陷，縮短機型研發迭代周期。第二是飛行中實時監測，傳感器搭載于量產機型，在日常航線飛行、極限工況測試中持續采集動態形變數據，積累全場景運行數據庫，為機型優化提供數據支撐。第三是在線故障預警，結合機型設計標準預設形變閾值，當監測到形變量、形變波動超出安全范圍時，系統自動觸發預警，提醒運維人員及時檢修，提前排查材料疲勞、結構松動等隱性故障，從源頭規避飛行事故。

從行業長遠發展來看，這套監測方案具備高的產業價值。首先，加速 eVTOL 適航認證進程，民HANG局正持續推進 eVTOL 適航審定工作，LTP 傳感器輸出的高精度、全工況動態形變數據，是適航審定不KE或缺的核心依據，能夠有效提升機型適航認證通過率，幫助企業縮短商業化周期。其次，降低裝備全生命周期維護成本，傳統旋翼維護依賴定期拆機人工檢測，耗時費力且效率低下，而實時在線監測可實現 “狀態修"，根據旋翼健康狀態按需開展維護，大幅減少停機時長與人工成本，延長旋翼使用壽命。最后，夯實低空經濟安全底座，隨著全國多地低空經濟示范區落地，eVTOL 規?；\營成為趨勢，標準化的旋翼形變監測方案能夠統一行業檢測標準，保障低空出行、低空物流等場景安全有序運行。此外，該技術方案還可延伸應用于大型工業無人機、載人旋翼飛行器等裝備檢測，拓寬飛行器檢測、無人機檢測的技術邊界。