[發明專利]一種基于多場耦合傳感器網絡的復合材料結構監測系統

在審

• 申請號: 201610839613.3
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN107860418A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 孫紅兵;陳勇;熊樹;戴金橋;俞阿龍
• 申請（專利權）人: 淮陰師范學院
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02;G01N27/82;G01N27/92
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及復合材料結構健康監測技術領域，具體是一種基于多場耦合傳感器網絡的復合材料結構監測系統。

背景技術

復合材料是由兩種或兩種以上的不同性能、不同形態的組分材料通過復合工藝組合而成的一種多相材料，它既保留了原組分材料的主要特點，又顯示了原組分材料所沒有的新性能。伴隨著科學技術的進步，復合材料在各個技術領域的應用也越來越廣泛，如航空航天技術領域，美國軍機中復合材料的比重從F-15E的2%提高到F-35/CV艦載型的35.2%。歐洲臺風戰機的復合材料用量為40%。對于商用飛機，美國波音公司B777的復合材料用量為11%，而B787的復合材料則達到整個飛機結構重量的50%。歐洲空客公司A320的復合材料用量僅占10%，A38O增大到23%，而最新的A350W則提升為52%。而且，飛機中的許多復合材料結構面積較大，如臺風戰機的復合材料機翼、B787中的復合材料機身、A38O中的復合材料中央翼盒等。

復合材料的優點不言而喻，但復合材料在加工和使用過程中不可避免的會產生損傷，因而有必要對復合材料結構進行實時的結構健康監測。現有技術中以公開了基于不同傳感器，如壓電傳感器和柔性渦流傳感器對復合材料結構進行了監測研究，也提出了相應的監測系統。然而，現有的監測系統一般基于單一的傳感器網絡，很難利用多種傳感信號從多個角度綜合判斷復合材料結構不同部位的狀態，以實現對被測結構的綜合監測。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于多場耦合傳感器網絡的復合材料結構監測系統，以解決上述背景技術中提出的問題。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于多場耦合傳感器網絡的復合材料結構監測系統，包括多場耦合傳感器網絡、傳感器網絡接口模塊、信號發生及采集模塊和數據處理模塊；所述多場耦合傳感器網絡用于對復合材料結構的多種監測參數進行主動及被動實時在線傳感；所述傳感器網絡接口模塊用于所述多場耦合傳感器網絡與所述信號發生及采集模塊之間的連接；所述信號發生及采集模塊用于產生任意波形信號并采集傳感器網絡接口模塊提供的傳感信號，且將獲取的傳感信號發送至數據處理模塊；所述數據處理模塊根據獲得的傳感信號獲得復合材料結構的雷擊電流及損傷狀況。

作為本發明進一步的方案：所述多場耦合傳感器網絡由壓電傳感器子網絡、柔性渦流傳感器子網絡和羅氏線圈子網絡組成。

作為本發明再進一步的方案：所述傳感器網絡接口模塊包括多功能網絡選擇器、多通道電壓放大及高壓保護模塊、羅氏線圈多通道轉換模塊和多通道選擇器；所述羅氏線圈多通道轉換模塊的輸入端連接至羅氏線圈子網絡，羅氏線圈多通道轉換模塊的輸出端連接至多通道電壓放大及高壓保護模塊，多通道電壓放大及高壓保護模塊的另一端連接至多功能網絡選擇器，羅氏線圈子網絡用于獲取多路電流微分信號并發送至羅氏線圈多通道轉換模塊，羅氏線圈多通道轉換模塊對羅氏線圈子網絡輸入的多路電流微分信號進行積分并轉換為電壓信號，電壓信號經多通道電壓放大及高壓保護模塊進行放大，并通過設置電壓閾值來確認羅氏線圈子網絡傳感的雷擊電流微分信號是否過大，所述多通道電壓放大及高壓保護模塊控制羅氏線圈子網絡與傳感器網絡接口模塊的連接；所述多功能網絡選擇器根據監測需求選擇接通相應的壓電傳感器子網絡、柔性渦流傳感器子網絡和羅氏線圈子網絡；所述多功能網絡選擇器連接至多通道選擇器。

作為本發明再進一步的方案：所述信號發生及采集模塊包括任意信號發生模塊、主動信號調理及采集模塊和被動信號采集模塊；所述任意信號發生模塊分別連接傳感器網絡接口模塊和主動信號調理及采集模塊，任意信號發生模塊用于產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信號和激勵信號，分別提供給主動信號調理及采集模塊和傳感器網絡接口模塊；所述主動信號調理及采集模塊一端連接至傳感器網絡接口模塊，另一端連接至數據處理模塊，主動信號調理及采集模塊用于對傳感器網絡接口模塊提供的傳感信號進行放大、濾波和采集，并將傳感信號發送至數據處理模塊；所述被動信號采集模塊一端連接至傳感器網絡接口模塊，另一端連接至數據處理模塊，被動信號采集模塊用于多通道同步采集傳感器網絡接口模塊提供的傳感信號，并發送至數據處理模塊。

作為本發明再進一步的方案：所述主動信號調理及采集模塊包括信號放大及濾波模塊和雙通道高速數據采集模塊；所述任意信號發生模塊包括任意波形發生模塊和功率放大模塊。