[發(fā)明專利]復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410079562.X
• 申請日: 2014-03-06
• 公開（公告）號: CN103837361A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 卿新林;蔡建
• 申請（專利權(quán)）人: 卿新林
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工程結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的金屬合金，復(fù)合材料具有重量輕、比強(qiáng)度和比模量高、疲勞壽命長、耐高溫、耐腐蝕、阻尼減震性好以及材料具有可設(shè)計(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，先進(jìn)復(fù)合材料在民機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用程度已成為飛機(jī)先進(jìn)性和市場競爭力的重要標(biāo)志。歐洲空客A320中復(fù)合材料在整個飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量中的比率僅為10％，A380增大為23％，而最新研制的A350XWB已提高到52％，美國波音公司則把復(fù)合材料的用量從B777中的11％提高到B787中的50％。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，復(fù)合材料連接設(shè)計(jì)是必不可少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件間或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與金屬結(jié)構(gòu)間的連接，主要有膠接、機(jī)械連接和混合連接這三種形式，其中以機(jī)械連接最為常見。因此，復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)狀態(tài)在很大程度上決定了飛機(jī)結(jié)構(gòu)的有效性和安全性，針對該結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測系統(tǒng)的需求也正日益增多。

目前，研究者已基于不同傳感器，如壓電傳感器和柔性渦流傳感器對復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了監(jiān)測研究，也提出了相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)。然而，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)一般基于單一的傳感器網(wǎng)絡(luò)，很難利用多種傳感信號從多個角度綜合判斷復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)不同部位的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的綜合監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)一般基于單一的傳感器網(wǎng)絡(luò)，很難利用多種傳感信號從多個角度綜合判斷復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)不同部位的狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)對被測結(jié)構(gòu)的綜合監(jiān)測的問題，提供了一種復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)。

本發(fā)明就上述技術(shù)問題提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)，所述復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)包括多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊、主動信號調(diào)理及采集模塊、任意信號發(fā)生模塊、被動信號多通道采集模塊、結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測模塊、系統(tǒng)控制模塊；

所述多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)用于對復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的多種監(jiān)測參數(shù)進(jìn)行主動和／或被動實(shí)時在線傳感；

所述傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接所述多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于控制多個采集通道的通斷；

所述主動信號調(diào)理及采集模塊用于對傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊提供的傳感信號進(jìn)行放大、濾波、采集中的至少一種；

所述任意信號發(fā)生模塊用于產(chǎn)生任意波形信號和放大所述任意波形信號的功率，并把功率放大前后的任意波形信號作為觸發(fā)信號和激勵信號，分別提供給主動信號調(diào)理及采集模塊和傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊；

所述被動信號多通道采集模塊用于多通道同步采集傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊提供的傳感信號；

所述結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測模塊用于根據(jù)采集到的多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)的傳感信號，并根據(jù)所述傳感信號分別得到被測復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的雷擊電流和損傷狀況，從而得到被測復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的綜合監(jiān)測結(jié)果；

所述結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測模塊用于根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測模塊提供的復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測結(jié)果，計(jì)算被測復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度和壽命；

所述的系統(tǒng)控制模塊用于控制協(xié)調(diào)所述多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)、傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊、主動信號調(diào)理及采集模塊、任意信號發(fā)生模塊、被動信號多通道采集模塊、結(jié)構(gòu)狀態(tài)監(jiān)測模塊、結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測模塊和系統(tǒng)控制模塊的工作，并負(fù)責(zé)與外部系統(tǒng)與設(shè)備之間的交互通信。

在本發(fā)明所述的復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)中，所述的多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)包括壓電傳感器子網(wǎng)絡(luò)、柔性渦流傳感器子網(wǎng)絡(luò)和Rogowski線圈子網(wǎng)絡(luò)。

在本發(fā)明所述的復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)中，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊連接多場耦合混雜傳感器網(wǎng)絡(luò)，用于對Rogowski線圈子網(wǎng)絡(luò)的電流傳感信號的前置調(diào)理，對壓電傳感器子網(wǎng)絡(luò)、柔性渦流傳感器子網(wǎng)絡(luò)和Rogowski線圈子網(wǎng)絡(luò)的選擇以及控制對壓電傳感器子網(wǎng)絡(luò)、柔性渦流傳感器子網(wǎng)絡(luò)和Rogowski線圈子網(wǎng)絡(luò)傳感過程中多個采集通道的通斷。

在本發(fā)明所述的復(fù)合材料機(jī)械連接結(jié)構(gòu)綜合監(jiān)測系統(tǒng)中，所述傳感器網(wǎng)絡(luò)接口模塊包括Rogowski線圈多通道轉(zhuǎn)換電路、多通道電壓放大及高壓保護(hù)電路、多功能網(wǎng)絡(luò)選擇器、多通道選擇器和第一通信及控制電路；

所述Rogowski線圈多通道轉(zhuǎn)換電路，用于對連接Rogowski線圈子網(wǎng)絡(luò)輸入的多路電流微分信號進(jìn)行積分并轉(zhuǎn)換為電壓信號，經(jīng)多通道電壓放大及高壓保護(hù)電路進(jìn)行放大，并通過設(shè)置電壓閾值來判斷Rogowski線圈傳感的雷擊電流微分信號是否過大；