[發(fā)明專利]用于檢測飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞的系統(tǒng)及相關(guān)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910605117.5
• 申請(qǐng)日: 2019-07-05
• 公開（公告）號(hào): CN110683061A
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 勞倫斯·E·帕多
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 波音公司
• 主分類號(hào): B64D45/00
• 分類號(hào): B64D45/00;G01N29/04;G01N29/22;G01N29/44
• 代理公司: 11240 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 李佳佳

一種用于檢測飛機(jī)結(jié)構(gòu)損壞的系統(tǒng)及相關(guān)方法，包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)和用于獨(dú)立于溫度監(jiān)測飛機(jī)結(jié)構(gòu)的健康狀況的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)系統(tǒng)。SHM系統(tǒng)包括致動(dòng)器，該致動(dòng)器結(jié)合到飛機(jī)結(jié)構(gòu)并且被配置為生成具有參考振幅的參考振動(dòng)信號(hào)，該參考振動(dòng)信號(hào)在第一時(shí)間傳播通過飛機(jī)結(jié)構(gòu)，并且致動(dòng)器生成具有比較振幅的比較振動(dòng)信號(hào)，該比較振動(dòng)信號(hào)在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間傳播通過該飛機(jī)結(jié)構(gòu)。比較振幅表示由飛機(jī)結(jié)構(gòu)在第一時(shí)間和第二時(shí)間之間引起的損壞。SHM系統(tǒng)包括結(jié)合到飛機(jī)結(jié)構(gòu)的傳感器，其接收參考振動(dòng)信號(hào)和比較振動(dòng)信號(hào)，并且還包括處理器，其被配置為計(jì)算作為參考振幅除以比較振幅的函數(shù)的增益損壞指數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的領(lǐng)域大體上涉及結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)，并且更具體地涉及用于溫度不敏感損壞檢測的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

至少一些SHM系統(tǒng)例如通過激勵(lì)結(jié)合到結(jié)構(gòu)的壓電換能器或致動(dòng)器生成振動(dòng)信號(hào)或波、然后利用在不同的位置結(jié)合到該結(jié)構(gòu)的另一壓電換能器接收該振動(dòng)信號(hào)來檢測該結(jié)構(gòu)中的損壞。在結(jié)構(gòu)中存在于傳播波的路徑中的損壞影響傳播波的特性，諸如例如振幅和相位。因此，將接收到的振動(dòng)信號(hào)(比較信號(hào))的振幅和相位與先前接收到的振動(dòng)信號(hào)(參考信號(hào))的振幅和相位進(jìn)行比較，使得能夠檢測在參考信號(hào)和比較信號(hào)之間的持續(xù)時(shí)間內(nèi)發(fā)生的損壞。此外，這種比較使得能夠檢測結(jié)構(gòu)中的沿著傳播波的路徑的一位置處的損壞。

波通過該結(jié)構(gòu)的傳播也受到環(huán)境參數(shù)(包括例如SHM系統(tǒng)在該結(jié)構(gòu)上運(yùn)行的環(huán)境溫度)的影響。通常，在較溫暖的溫度下傳播通過結(jié)構(gòu)的振動(dòng)信號(hào)的振幅增加，而在較冷的溫度下減小。環(huán)境溫度可以進(jìn)一步改變傳播波的相位或使其位移。這種環(huán)境影響可掩蓋結(jié)構(gòu)中的損壞，即假陰性，或至少干擾其檢測。相反，環(huán)境影響會(huì)產(chǎn)生假陽性的損壞檢測。

至少一些SHM系統(tǒng)利用算法或其他信號(hào)處理來量化待測試給定結(jié)構(gòu)中的損壞，并減輕環(huán)境干擾例如溫度干擾的影響。損壞的量化被稱為損壞指數(shù)(DI)。這種量化能夠隨時(shí)間定期監(jiān)測給定結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)健康狀況。用于計(jì)算DI的一種這樣的算法是計(jì)算“誤差”信號(hào)的均方根(RMS)，或者換句話說，計(jì)算比較信號(hào)和參考信號(hào)之間的差的RMS。存在各種用于減輕環(huán)境干擾的方法。例如，一種方法是在各種溫度下收集參考信號(hào)并選擇適當(dāng)?shù)膮⒖夹盘?hào)以與比較信號(hào)進(jìn)行比較。然而，這種方法耗時(shí)并且需要冷卻器、烘箱和其他環(huán)境溫度控制裝置以在一溫度范圍內(nèi)產(chǎn)生各種溫度，例如從13華氏度到120華氏度。另一示例方法是使用比較信號(hào)和參考信號(hào)之間的計(jì)算的相關(guān)性，其減輕至少一些振幅干擾，但是會(huì)掩蓋檢測損壞。又一個(gè)示例性方法是測量和校正由環(huán)境干擾引起的相移，可以在美國專利號(hào)8,892,384中找到。然而，需要一種產(chǎn)生DI的SHM系統(tǒng)，該系統(tǒng)減輕溫度干擾的影響，同時(shí)減少假陽性和假陰性。

該背景技術(shù)部分旨在向讀者介紹可能與本公開相關(guān)的技術(shù)的各個(gè)方面，本公開在下面描述和/或要求保護(hù)。相信該討論有助于向讀者提供背景信息以促進(jìn)更好地理解本公開的各個(gè)方面。因此，應(yīng)當(dāng)理解，這些陳述應(yīng)該從這個(gè)角度來閱讀，而不是作為現(xiàn)有技術(shù)的承認(rèn)。

發(fā)明內(nèi)容

一個(gè)方面涉及一種用于檢測飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的損壞的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(SHM)系統(tǒng)，該結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)具有致動(dòng)器、傳感器和處理器。致動(dòng)器結(jié)合到飛機(jī)結(jié)構(gòu)并且被配置為生成具有參考振幅的參考振動(dòng)信號(hào)，該參考振動(dòng)信號(hào)在第一時(shí)間傳播通過飛機(jī)結(jié)構(gòu)。致動(dòng)器還被配置為生成具有比較振幅的比較振動(dòng)信號(hào)，該比較振動(dòng)信號(hào)在第一時(shí)間之后的第二時(shí)間傳播通過飛機(jī)結(jié)構(gòu)。比較振幅表示飛機(jī)結(jié)構(gòu)在第一時(shí)間和第二時(shí)間之間引起的損壞。傳感器結(jié)合到飛機(jī)結(jié)構(gòu)并被配置為接收參考振動(dòng)信號(hào)和比較振動(dòng)信號(hào)。處理器被配置為計(jì)算作為參考振幅除以比較振幅的函數(shù)的增益損壞指數(shù)。增益損壞指數(shù)使SHM系統(tǒng)能夠獨(dú)立于溫度監(jiān)測飛機(jī)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康狀況。