[發(fā)明專利]連續(xù)異構型大面積沖擊監(jiān)測網(wǎng)絡及沖擊區(qū)域定位方法

有效

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• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN108169037B
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 邱雷;袁慎芳;鄧曉磊;任元強
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹蕓

本發(fā)明公開了一種連續(xù)異構型大面積沖擊監(jiān)測網(wǎng)絡及沖擊區(qū)域定位方法，屬于航空航天智能結構技術領域。連續(xù)異構型大面積沖擊監(jiān)測網(wǎng)絡由線型壓電傳感器連續(xù)串聯(lián)陣列和線型壓電傳感器離散獨立陣列交替排列組成，整個監(jiān)測網(wǎng)絡嵌入飛行器復合材料結構內(nèi)部或者布置于結構表面形成智能蒙皮。當結構遭受外界物體沖擊時，監(jiān)測網(wǎng)絡輸出沖擊響應信號，沖擊響應信號經(jīng)過數(shù)字化后，由沖擊區(qū)域定位方法判斷沖擊發(fā)生的位置。本發(fā)明能夠極大的減少飛行器智能蒙皮大面積沖擊監(jiān)測時所需的傳感器引線數(shù)量及沖擊監(jiān)測系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)采集通道數(shù)，可以降低沖擊監(jiān)測系統(tǒng)處理器復雜度并降低在計算沖擊位置時所需的功耗，從而提高沖擊監(jiān)測系統(tǒng)可靠性。

技術領域

本發(fā)明涉及一種連續(xù)異構型大面積沖擊監(jiān)測網(wǎng)絡及沖擊區(qū)域定位方法，屬于航空航天智能結構技術領域。

背景技術

飛行器智能蒙皮技術的基本思想是將大量的傳感/驅(qū)動元件及微處理器與主體蒙皮結構集成為一個整體，通過大量的傳感元件監(jiān)測結構的環(huán)境、工作狀態(tài)、健康狀態(tài)等信息，經(jīng)處理后形成控制激勵，改變結構的形狀、運動、受力狀態(tài)等。智能蒙皮技術使得蒙皮結構本身具有自診斷、自適應、自學習、自修復等能力。因此，飛行器智能蒙皮技術是提高先進飛行器的飛行性能、操作機動性能、環(huán)境感知性能和安全維護性能的重要技術保障。

在飛行器智能蒙皮中，結構健康監(jiān)測與診斷是核心功能之一。近年來，因復合材料結構具有比剛度大、對疲勞和腐蝕抵抗力強以及設計靈活等優(yōu)點，飛行器結構，特別是機翼等主承力結構大量使用復合材料結構。然而，對于飛行器復合材料結構而言，外部物體的沖擊，例如鳥撞、冰雹、碎石、維護工具等，極易造成復合材料結構的內(nèi)部分層、基體開裂和纖維斷裂等損傷，導致其機械性能的大幅下降，承載能力大大降低，對結構的整體破壞和失效形成潛在的威脅。針對大型飛行器而言，往往存在多個大尺寸復合材料結構，例如機翼、機身和垂尾等，因此迫切需要開展飛行器復合材料結構的大面積沖擊監(jiān)測。此外，由于飛行器結構的沖擊是一種隨機的瞬態(tài)事件，需要在沖擊發(fā)生的時刻對其進行監(jiān)測。所以沖擊監(jiān)測系統(tǒng)和沖擊監(jiān)測使用的傳感器網(wǎng)絡必須作為一種機載設備被安裝在飛行器上進行在線、連續(xù)不間斷的沖擊監(jiān)測，并滿足航空機載應用對系統(tǒng)的輕量化、低功耗、高可靠性等要求。

目前常規(guī)的沖擊監(jiān)測系統(tǒng)為了獲取沖擊信號實現(xiàn)精確的沖擊定位與評估，包含由信號放大器、濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的模擬電路以及支持復雜監(jiān)測算法的微處理器及外圍器件組成的數(shù)字電路，再加之在對大尺度結構進行大面積監(jiān)測時所需傳感通道數(shù)多，導致系統(tǒng)整體的體積大、重量大和功耗大，并且可靠性難保證，所以很難達到航空機載應用的要求。小型化數(shù)字式?jīng)_擊監(jiān)測系統(tǒng)的提出為解決上述問題提供了很好的思路。該系統(tǒng)的基本工作原理是將傳感器輸出的電壓量形式的沖擊響應信號直接數(shù)字化，并通過現(xiàn)場可編程邏輯門陣列采集數(shù)字化后的沖擊響應信號，實現(xiàn)基于數(shù)字序列的沖擊區(qū)域定位。由于該系統(tǒng)不需要信號放大器、濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的模擬電路以及支持復雜監(jiān)測算法的微處理器及外圍器件組成的數(shù)字電路，所以該系統(tǒng)具有體積小、質(zhì)量輕、功耗低、能夠進行在線實時沖擊監(jiān)測的特點。

但無論是采用常規(guī)的沖擊監(jiān)測系統(tǒng)還是小型化數(shù)字式?jīng)_擊監(jiān)測系統(tǒng)，都需要借助外部的傳感器網(wǎng)絡實時響應由于結構的沖擊事件而引起的沖擊響應信號。傳感器網(wǎng)絡中的每個傳感器獨立占據(jù)了沖擊監(jiān)測系統(tǒng)的一個數(shù)據(jù)采集通道。如果在實施大面積的沖擊監(jiān)測時，特別是實現(xiàn)具有沖擊監(jiān)測能力的飛行器智能蒙皮時，傳感器的密度大、數(shù)量多，從而使得沖擊監(jiān)測系統(tǒng)需要非常多的通道來支持大面積傳感器網(wǎng)絡進行沖擊監(jiān)測。這樣會至少導致以下幾個不利于沖擊監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡和沖擊監(jiān)測系統(tǒng)機載的問題：（1）大量的傳感器需要大量的引線，增加了重量并且不利于在飛機上走線；（2）沖擊監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通道數(shù)目增加，導致沖擊監(jiān)測系統(tǒng)的體積、重量和功耗增大，可靠性降低。因此，急需要提出一種技術，能夠在不增加飛行器智能蒙皮大面積傳感器網(wǎng)絡中傳感器數(shù)目的情況下，極大的降低傳感器網(wǎng)絡所需的引線數(shù)和沖擊監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集通道數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容