[發明專利]用于結構健康監測的納米粒子墨水基壓電傳感器分布式網絡的方法和系統

在審

• 申請號: 201210295064.X
• 申請日: 2012-08-17
• 公開（公告）號: CN102954893A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發明（設計）人: J·L·杜斯;S·R·約翰斯頓
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00;G01D5/12
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民

1.用于監測結構（30）的結構健康（172）的系統，該系統包括：

針對結構健康（172）待監測的結構（30）；

被沉積在該結構（30）上的納米粒子墨水基的壓電傳感器組件的分布式網絡（120），每個組件均包括：

多個納米粒子墨水基的壓電傳感器（110）；以及

多個導電墨水動力和通信電線組件（140），其用于互連多個傳感器（110）；

墨水沉積設備（142），其用于將所述納米粒子墨水基的壓電傳感器組件的分布式網絡（120）沉積在所述結構（30）上；

向所述分布式網絡提供電動力的電源（178）；以及

數據通信網絡（179），其用于經由來自所述傳感器（110）的一個或更多個信號檢索和處理所述結構（30）的所述結構健康數據（174）。

2.根據權利要求1所述的系統，還包括極化所述多個納米粒子墨水基壓電傳感器（110）的電壓源（176）。

3.根據權利要求1或2中任意權利要求所述的系統，其中所述結構（30）包括選自包括復合材料、金屬材料以及復合材料和金屬材料的組合的組的材料。

4.根據權利要求1-3中任意權利要求所述的系統，其中所述結構（30）具有彎曲表面，所述納米粒子墨水基壓電傳感器組件的分布式網絡（120）被沉積在該彎曲表面上。

5.根據權利要求1-4中任意權利要求所述的系統，其中所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）以定制形狀被沉積在所述結構上。

6.根據權利要求1-5中任意權利要求所述的系統，其中所述墨水沉積設備（142）包括直寫印制設備，該直寫印制設備選自包括如下設備的組：噴射原子化沉積設備、墨水噴射印制設備、氣霧劑印制設備、脈沖激光蒸發設備、柔印設備、微噴涂印制設備、平網絲印設備、旋轉絲網印制設備和凹版印制設備。

7.根據權利要求1-6中任意權利要求所述的系統，其中所述納米粒子墨水基壓電傳感器組件的分布式網絡（120）還包括被沉積在所述結構（30）的主體上的絕緣層。

8.根據權利要求1-7中任意權利要求所述的系統，其中所述結構健康數據（174）包括分離、薄弱粘結、應變水平、濕氣侵蝕、材料改變、裂紋、孔隙、剝落、多孔和會不良地影響所述結構的性能的不規則。

9.根據權利要求1-8中任意權利要求所述的系統，其中所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）由具有從大約20納米到大約1微米范圍內的粒子尺寸的納米粒子構成。

10.監測結構（30）的結構健康（172）的方法，該方法包括：

提供針對結構健康（172）待監測的結構；

經由墨水沉積過程將多個納米粒子墨水基壓電傳感器（110）以及用于互連多個傳感器的多個導電墨水動力和通信電線組件（140）沉積在該結構（30）上以形成納米粒子墨水基壓電傳感器組件的分布式網絡（120）；

經由電源（178）向所述分布式網絡提供電動力；以及，

使用數據通信網絡（179）經由來自所述傳感器（110）的一個或更多個信號檢索和處理所述結構（30）的結構健康數據。

11.根據權利要求10所述的方法，還包括在沉積所述多個納米粒子墨水基壓電傳感器（110）之后，使用電壓源（176）極化所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）以便在所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）上產生電場。

12.根據權利要求10或11中任意權利要求所述的方法，其中所述墨水沉積過程包括直寫印制過程，該直寫印制過程選自包括如下過程的組：噴射原子化沉積過程、墨水噴射印制過程、氣霧劑印制過程、脈沖激光蒸發過程、柔印過程、微噴涂印制過程、平網絲印過程、旋轉絲網印制過程和凹版印制過程。

13.根據權利要求10-12中任意權利要求所述的方法，其中所述數據通信網絡（179）使用接收器檢索從所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）接收的數據并且使用計算機處理器處理從所述納米粒子墨水基壓電傳感器（110）接收的數據。

14.根據權利要求10-13中任意權利要求所述的方法，其中所述結構健康數據（174）包括分離、薄弱粘結、應變水平、濕氣侵蝕、材料改變、裂紋、孔隙、剝落、多孔和會不良地影響所述結構的性能的不規則。

15.通過權利要求1-8中任意一項和權利要求10-14中任意一項來監測的飛行器結構。