[發明專利]一種復合材料結構的損傷監測系統

在審

• 申請號: 201610839875.X
• 申請日: 2016-09-22
• 公開（公告）號: CN107860823A
• 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: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及結構損傷檢測領域，具體是一種復合材料結構的損傷監測系統。

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。

復合材料結構雖然具有優異的材料結構特性，然而在服役中也可能會發生損傷。除了服役環境、結構老化和整體化制造時的操作不當等，外部撞擊也是導致復合材料結構損傷的主要原因之一。

目前，常采用基于壓電傳感器和蘭姆波的損傷監測方法對復合材料結構進行大面積損傷監測。由于監測面積大，需要布置數目較多的壓電傳感器組成大型傳感器網絡。在實際損傷監測中，一般要求對整個大型傳感器網絡進行掃查，并對掃查得到的大量蘭姆波傳感信號進行分析處理，使得損傷監測的任務量很大，執行效率低。如何實現大面積復合材料結構的快速損傷監測仍是一個函待解決的實際工程問題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種復合材料結構的損傷監測系統，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：

一種復合材料結構的損傷監測系統，包括壓力傳感器網絡、壓電傳感器配置機構、電荷放大器和數據采集處理器；所述壓力傳感器網絡由均勻布置在復合材料機構上的多個壓電傳感器組成；

所述壓力傳感器網絡經壓電傳感器配置機構連接至電荷放大器，所述壓電傳感器配置機構包括撞擊監測配置模塊和損傷監測配置模塊，所述撞擊監測配置模塊用于從布置在復合材料結構中的整個壓力傳感器網絡中選擇用于對所述復合材料結構進行撞擊監測的壓電傳感器，所選擇的壓電傳感器用于當所述復合材料結構發生撞擊事件時，利用信號采集器通過所選擇的壓電傳感器同步采集撞擊響應信號，并根據所述撞擊響應信號進行撞擊監測得到撞擊事件參數；所述損傷監測配置模塊用于根據所述撞擊事件參數確定損傷監測區域，并從所述整個壓力傳感器網絡中選擇用于對所述損傷監測區域進行損傷監測的壓電傳感器；

所述電荷放大器連接至數據采集處理器，所述電荷放大器用于對所述損傷監測區域進行損傷監測的壓電傳感器所輸出的接收信號進行放大處理，并輸出傳感信號給所述數據采集處理器；所述數據采集處理器用于獲得傳感信號，并對獲得的傳感信號進行模數轉換，得到接收波形信號；對所述接收波形信號進行預處理，得到預處理后的數據矩陣；對所述預處理后的數據矩陣進行稀疏盲源分離，得到分離后的信號；對所述分離后的信號進行小波消噪處理，得到消噪后的分離信號。

作為本發明進一步的方案：所述信號采集器包括撞擊響應信號調理單元和多通道信號同步采集單元，撞擊響應信號調理單元與用于撞擊監測的多個壓電傳感器相連，撞擊響應信號調理單元用于對多個壓電傳感器輸出的多路撞擊響應信號分別進行濾波和放大，多通道信號同步采集單元用于對撞擊響應信號調理單元輸出的多路信號進行模數轉化并同步采集。

作為本發明再進一步的方案：所述數據采集處理器包括原始波形信號提取單元、信號預處理單元、稀疏盲源分離單元和信號后處理單元，原始波形信號提取單元、信號預處理單元、稀疏盲源分離單元和信號后處理單元依次相連；所述原始波形信號提取單元用于獲得傳感信號，并對獲得的傳感信號進行模數轉換，輸出接收波形信號；所述信號預處理單元用于對所述接收波形信號進行預處理，輸出預處理后的數據矩陣；所述稀疏盲源分離單元用于對所述預處理后的數據矩陣進行稀疏盲源分離，輸出分離后的信號；所述后處理單元用于對所述分離后的信號進行小波消噪處理，得到消噪后的分離信號。