[發明專利]一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統

在審

• 申請號: 201710112498.4
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106840479A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 楊力;徐鑫良
• 申請（專利權）人: 楊力;徐鑫良
• 主分類號: G01L1/16
• 分類號: G01L1/16;G01M5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于復合材料結構應力監測技術，具體涉及一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統。

背景技術

目前基于智能結構應力的技術得到大量發展，它通過將傳感系統埋入或粘貼在主體復合材料結構中作為神經系統，同時引入信號信息處理技術，使其能夠感知和預報結構內部的變形、缺陷、損傷、腐蝕和失效等一系列結構的非健康狀態，是一種對材料與結構進行無損評估的新方法。

結構健康監測將把廣泛使用的離線、靜態、被動的材料與結構的損傷檢測，轉變為在線、動態、主動的健康狀況的監測，從而將大大提高結構的安全性，延長結構壽命，降低結構維護費用。但是像工程結構在長期工作狀態下往往處于較惡劣的環境中，必須滿足耐久性、穩定性、結構相容性等要求，智能傳感材料的出現，如光纖、薄膜類壓電材料、形狀記憶合金、碳纖維、電阻應變絲、疲勞壽命絲等新的傳感器手段在復合材料平面承力結構得到大量的應用，但是這些集成手段會影響復合材料的層間結合強度，影響復合材料的性能。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，實現傳感又不會大幅降低復合材料的層間結合力。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

如圖1所示，一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其特征在于所述系統包括：至少一個多維桿傳感器組、至少一個信息采集子系統、信息分析子系統和信息顯示子系統；所述多維桿傳感器組，由多個多維桿傳感器組成的傳感器陣列，用于感知復合材料結構各部分的受力；所述信息采集子系統包括數據接口和信號處理電路。采集所述多維桿傳感器組獲得的復合材料結構應力信號，并通過信息處理電路使信號易于傳輸；所述信息分析子系統用于對上傳的數據進行分析處理，過濾雜質信息，獲得復合材料結構受力情況，將當前的數據與系統的閾值比較，進行分級判斷和健康狀況分析。所述信息顯示子系統，在結構操縱界面或者監控界面上，在模型圖上以直觀形式顯示復合材料結構各部位的受力狀態。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其中所述多維桿傳感器組包括：多個多維桿傳感器和導線，如圖3所示。所述多維桿傳感器一般包括4至6個桿，桿呈空間排布，單個多維傳感器上根據測量維數的多少由2至6根接線導線連接。所述的單個桿的材料為壓電材料，受拉、受壓或受拉壓復合載荷會產生信號。所述導線是將單個多維桿傳感器連接成一個二維或三維的傳感器陣列，三維的傳感器示意圖見圖4。傳感器產生的信號由導線傳遞給信息采集子系統。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其特征在于所述的多維桿傳感器組需在復合制造過程中，埋在復合材料結構中。多維傳感器組的排列和布置要和復合材料平板結構檢測位置相匹配，可以做成梯形、矩形等形狀。根據監測結構的形狀設置多維傳感器組的陣列的形狀、行列間布置傳感器的數量、行列間傳感器的間距，還可以根據監測結構的厚度和傳感器大小設置幾個傳感器組，用以在厚度方向上監測結構的受力。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其中所述信息采集子系統包括：連接電路、信號放大電路、A/D采集轉換電路以及電源電路；所述連接電路用于將傳感器的信號沿著結構邊緣連接到信息處理電路里；所述信號放大電路、A/D采集轉換電路分別用于結構應力數據的放大處理、模數轉換處理，最終將電信號轉變為數字信號。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其中所述信息分析子系統，針對接收的傳感器陣列數據進行分析處理，過濾雜質信息，進行數字分析，獲得的實時應力數據，將當前的數據與系統的閾值比較，進行分級判斷。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其中所述信息顯示子系統，在結構操縱界面或者監控界面上，通過界面上的模型圖，在模型圖對應位置上，以直觀形式顯示復合材料結構的狀態。關鍵復合材料結構的狀態數據由信息分析子系統提供。

上述一種復合材料平面承力結構應力實時監測系統，其中所述直觀形式顯示，可以采用漸變色的形式顯示，也可以按簡單的三色進行正常、提醒和警告三種狀態的標記與顯示，還可以在危險時刻，采用語音提醒等有聲的警報形式。

有益效果：

復合材料平面承力結構應力實時監測系統集成多維桿傳感器陣列，不影響復合材料結構的力學性能。同時集成信息收集子系統、信息分析子系統和信息顯示子系統，對復合材料結構的應力數據進行融合、處理和管理。實現遠程監控，提高監測效率，由程序和專家系統來處理分析監測目標的數據，并以二維或三維的形式直觀地顯示監測結果。