[發(fā)明專利]基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910390048.0
• 申請日: 2019-05-10
• 公開（公告）號: CN110053787B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于瑞航;曹聚亮;吳美平;蔡劭琨
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G06F17/40
• 分類號: G06F17/40;B64F5/60;G01B7/16
• 代理公司: 國防科技大學(xué)專利服務(wù)中心 43202
• 代理人: 王文惠

本發(fā)明屬于形變測量領(lǐng)域，公開了一種基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)及測量方法。基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)主要包括智能蒙皮、信號源發(fā)生器、信號接收終端、射頻線纜和調(diào)制解調(diào)器等分系統(tǒng)。基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量方法基于形變測量系統(tǒng)進(jìn)行測量，主要包括以下步驟：首先，柔性智能蒙皮貼合曲面結(jié)構(gòu)表面；其次，信號源發(fā)生器產(chǎn)生載波信號；再次，接收終端捕獲信號并進(jìn)行解調(diào)處理；最后，精確計(jì)算每個蒙皮位置信息，基于海量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面形變測量。本發(fā)明采用柔性蒙皮，不改變飛行器理想氣動外形，具有實(shí)時性、可擴(kuò)展、成本低等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于形變測量領(lǐng)域，特別涉及一種基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)及測量方法。

背景技術(shù)：

機(jī)翼形變測量是飛行器結(jié)構(gòu)健康檢測技術(shù)研究的重要內(nèi)容，飛機(jī)機(jī)翼是復(fù)雜曲面的典型代表，目前針對機(jī)翼等復(fù)雜曲面形變監(jiān)測方法主要有兩類：一類是利用立體相機(jī)和掃描儀等外部裝置進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量，另一類是將傳感器沿表面貼附或嵌入曲面內(nèi)進(jìn)行接觸式測量。對比文件(祝連慶等，智能柔性變形機(jī)翼技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2018)指出，傳統(tǒng)的測量和傳感監(jiān)測大部分采用第一類方法測量結(jié)構(gòu)的三維形狀和變形，這類方法雖然可以達(dá)到較高測量精度，但是在機(jī)翼形變測量上存在兩個問題：一是需要在機(jī)翼周圍布設(shè)專用的儀器設(shè)備，在可操作范圍和便攜性上受到限制，測量頻率低、動態(tài)性差，難以滿足實(shí)際飛行中實(shí)時監(jiān)測的要求；二是難以測量一些封閉性結(jié)構(gòu)和曲面比較復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。近年來基于表貼或嵌入式微型傳感器的接觸式測量方法得到廣泛研究，主要有光纖光柵傳感方法，這種方法雖然可以實(shí)現(xiàn)對溫度、應(yīng)變等物理量的直接測量，但是需要解決溫度和應(yīng)力交叉敏感的區(qū)分測量和測量精度等問題。

“智能蒙皮”是美國空軍提出的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)通過對機(jī)體蒙皮層植入智能系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對機(jī)體表面的氣流檢測、溫濕度檢測或者機(jī)體受損評估等功能。智能蒙皮中的“蒙皮”是從設(shè)備的角度突出系統(tǒng)共形形態(tài)的特殊承載方式，而“智能”則是從蒙皮的角度體現(xiàn)出迥異于普通蒙皮的對外界電磁環(huán)境的感知能力和自主干預(yù)能力。在現(xiàn)有飛行器上，雷達(dá)和通訊系統(tǒng)的天線往往以刀形或者雷達(dá)罩包覆的形式突出于機(jī)體表面，既破壞飛行器理想氣動外形、增大氣動阻力，又提高了飛行器制造和系統(tǒng)維護(hù)成本。將天線制作成柔性蒙皮貼附在飛行器表面，一方面可以向外發(fā)射信號，另一方面柔性蒙皮不改變飛行器結(jié)構(gòu)，以保持理想氣動外形。

形變測量在武器裝備使用與維護(hù)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，現(xiàn)有的組網(wǎng)攝像形變測量方法無法滿足高動態(tài)測量需求，而采用光纖光柵傳感器用于形變測量由于需要解決應(yīng)變與溫度交叉敏感問題，目前只是處于實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證階段，距離走向?qū)嶋H應(yīng)用還有較大差距。未來對復(fù)雜曲面如飛行器機(jī)翼、艦船船體的形變測量需求越來越迫切，設(shè)計(jì)一種柔性蒙皮天線，實(shí)現(xiàn)高動態(tài)復(fù)雜曲面形變測量，對精確損傷估計(jì)、延長設(shè)備使用壽命具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明針對復(fù)雜曲面形變測量中測量頻率低、測量精度差的問題，提出一種基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)及測量方法，主要的技術(shù)方案如下：

基于智能蒙皮的復(fù)雜曲面高動態(tài)形變測量系統(tǒng)，包括以下各分系統(tǒng)：智能蒙皮、信號源發(fā)生器、信號接收終端、射頻線纜、調(diào)制解調(diào)器；

所述信號源發(fā)生器用于產(chǎn)生特定偽隨機(jī)碼載波信號；

所述智能蒙皮通過粘膠貼附于飛機(jī)機(jī)翼表面各處，智能蒙皮用于接收信號源發(fā)生器發(fā)來的偽隨機(jī)碼載波信號，并在原有載波信號中加入自身ID識別信息后以無線電波形式發(fā)出；

所述信號接收終端用于接收智能蒙皮天線發(fā)射的載波信號；

所示調(diào)制解調(diào)器用于將信號接收終端接收的載波信號進(jìn)行解調(diào)解析處理，計(jì)算由每個智能蒙皮發(fā)射的信號達(dá)到接收終端時間，完成高精度測距和復(fù)雜曲面形變測量功能；

所述射頻線纜用于連接信號源發(fā)生器、智能蒙皮、信號接收終端分系統(tǒng)，完成信號流通功能。