本發(fā)明屬于結構狀態(tài)監(jiān)測領域，涉及一種實現(xiàn)結構機械連接狀態(tài)監(jiān)測的智能系統(tǒng)。

背景技術：

對結構關鍵部位實施健康監(jiān)測與管理具有非常重要的意義，不僅能夠預防重大事故發(fā)生，減少經濟損失，還能夠實現(xiàn)按需維護，降低維護費用。結構的健康監(jiān)測技術被視為保障結構使用和提高結構服役安全性、降低維護費用的關鍵技術。如飛行器在降落，在空中遇到大氣流或需要做一些極限動作逃避攻擊等需要快速改變運動狀態(tài)，會對機體產生比較大的作用力，對機體結構有非常高的要求。

以飛機為例，現(xiàn)有的結構狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中，常采用多種傳感器系統(tǒng)對結構部件進行監(jiān)測，如飛機的機翼整體集成光纖傳感器和壓電傳感器，如大型橋梁結構集成光纖傳感器和超聲波。機械連接接頭在結構裝配上大量使用，但由于存在開孔結構，容易產生應力集中，是主要承力結構的薄弱部位，需要對接頭進行檢測。當前的檢測多是集中在對螺栓連接是否失效來進行檢測，如是否發(fā)生松脫，要達到對結構的健康監(jiān)測和安全服役的要求，這是不夠的。

因此在結構服役過程中實時在線地對機械連接接頭的檢測，不僅要檢測出螺栓的松動，還應檢測出應力。對不同狀態(tài)下應力的累積，估算產品的可能疲勞壽命，避免發(fā)生失效，提高服役壽命和安全性，降低服役成本。

技術實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術問題

提供一種能夠對機械連接部位進行狀態(tài)監(jiān)測，并對結構狀態(tài)數(shù)據(jù) 進行分析、處理和管理，并最終把狀態(tài)分析結果以帶顏色圖形形式直觀顯示。

(二)技術方案

一種智能連接系統(tǒng)，包括智能連接件、信息傳輸系統(tǒng)、信息分析系統(tǒng)和信息顯示系統(tǒng)。其中所述智能連接件是集成了傳感器的連接件，使用時與結構緊密連接在一起，實現(xiàn)緊固和感知的功能，并提供引線以傳輸出數(shù)據(jù)；所述信息傳輸系統(tǒng)包含電源模塊、放大電路和信號傳輸模塊，一端與智能連接件相連，一端通過無線模塊或者機體的通訊模塊與信息分析系統(tǒng)相連，用以傳輸數(shù)據(jù)；所述電源模塊供給檢測和傳輸信息的電源；所述信息分析系統(tǒng)，針對上傳的數(shù)據(jù)進行分析處理，過濾雜質信息，獲得連接部位受力情況或缺陷情況，與系統(tǒng)的閥值比較，對當前的數(shù)據(jù)進行分級判斷；所述信息顯示系統(tǒng)，結構操縱界面或者監(jiān)控界面上，在模型圖上以直觀形式顯示關鍵連接部位的狀態(tài)。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述的智能連接件集成的傳感器包括至少一種柔性電路壓力傳感器、微型壓電壓力傳感器、MEMS壓力傳感器和微型渦流結構裂紋傳感器。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述電源模塊向傳感系統(tǒng)和傳輸信息系統(tǒng)供應所需能量。所述電源模塊可以是輸入端與機載電源相連，也可以是使用電池供電，還可以在一些通電困難的區(qū)域，可以采用從結構振動或者結構表面集成的太陽能電池中取得能量供給使用。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述信息傳輸系統(tǒng)包含信號放大電路、A/D采集轉換電路和信息傳輸接口。信息放大電路用于放大信號源；所述A/D模數(shù)轉換電路用于將模擬量信號轉變?yōu)閿?shù)字信號；所述信息傳輸接口包含集成在機身的數(shù)據(jù)傳輸通道或無線傳輸網絡傳輸通道，將信息發(fā)送到接收端，組件需集成在電磁屏蔽結構的內部。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述信息分析系統(tǒng)，針對接收的一 組或幾組傳感器數(shù)據(jù)進行分析處理，過濾雜質信息，獲得連接部位受力情況或缺陷情況，與系統(tǒng)的閥值比較，對當前的數(shù)據(jù)進行分級判斷。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述信息顯示系統(tǒng)，在結構操縱界面或者監(jiān)控界面上，通過界面上的模型圖，在模型圖對應位置上，以直觀形式顯示關鍵連接部位的狀態(tài)。關鍵連接部位的狀態(tài)數(shù)據(jù)由信息分析系統(tǒng)提供。

上述一種智能連接系統(tǒng)，其中所述的直觀形式顯示，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(tài)的標記與顯示，還可以通過語音提醒的形式。

(三)有益效果

集成后的智能連接系統(tǒng)構成一個包括至少一種柔性電路壓力傳感器、MEMS壓力傳感器、微型壓電壓力傳感器和渦流裂紋傳感器等傳感器的智能連接件，可以對這些傳感器進行統(tǒng)一調度，對其數(shù)據(jù)進行融合、處理和管理。在一次監(jiān)測活動中可以發(fā)揮各種傳感器的優(yōu)勢，可在同一個終端上監(jiān)測結構部位的多個數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對機械連接部位的在線檢測。使用電路、光纖等有線傳輸線路或者無線網絡技術，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，提高監(jiān)測效率；由程序和專家系統(tǒng)來處理分析監(jiān)測目標的數(shù)據(jù)，并以二維或三維的形式直觀地顯示監(jiān)測結果。這種智能連接系統(tǒng)可以應用在各種動態(tài)承力連接件上，實時反映各單元的應力變化。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的智能連接系統(tǒng)集成示意圖。

圖2是智能連接件組成圖。

圖3是智能連接件傳感器集成示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：

實施例一

一種智能連接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少一個智能連接件11、至少一套電源模塊和信息傳輸系統(tǒng)處理12，一套信息分析系統(tǒng)13和一套信息顯示系統(tǒng)14；所述智能連接件11由集成壓力傳感器的1121的連接件組成，用于感知孔周的應力，將智能連接件安裝在飛機機翼和機身的連接部位；所述壓力傳感器包括柔性電路電阻傳感器和MEMS壓力傳感器；所述信息傳輸系統(tǒng)12用于采集所述智能連接件11獲得的結構應力變化數(shù)據(jù)，并通過放大電路122、模數(shù)轉換成數(shù)字信號123，通過飛機本身的航電通訊接口1242，向信息分析系統(tǒng)13傳輸信號；所述電源模塊124采用機身電源1231的供電形式，用于智能連接件11和傳輸系統(tǒng)12供電；所述信息分析13用于處理分析智能連接件11產生一個或幾個結構應力數(shù)據(jù)，并結合經驗數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，生成位置信息和分級判斷，并存儲上述數(shù)據(jù)以供結構檢修時使用，同時上傳數(shù)據(jù)給顯示系統(tǒng)；所述信息顯示系統(tǒng)14根據(jù)信息分析系統(tǒng)13提供的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)在飛機的姿態(tài)圖上以二維的形式，在飛機的機翼根部使用綠、黃和紅三種顏色顯示正常、提醒和警告三種狀態(tài)。當飛機采取了較大的躲避飛行動作時，機翼受力會明顯增大。機翼通過翼身連接處的智能連接和螺栓傳遞給機身，通過該智能連接件監(jiān)測到的機械連接應力，在姿態(tài)圖的機翼根部，以綠、黃和紅三色的形式，提醒飛行員采取合理的躲避動作，避免動作過大，造成連接處的受力過大而發(fā)生事故。

實施例二

一種智能連接系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：至少一個智能連接件11、至少一套電源模塊和信息傳輸系統(tǒng)處理，一套信息分析系統(tǒng)和一套信息顯示系統(tǒng)；所述智能連接件11由集成柔性電路電阻傳感器的連接件或者集成MEMS壓力傳感器的連接件組成，用于感知孔周的應力；所述電源模塊12采用自供電電源模塊1233，利用飛行器在飛行過程中，產生的振動中獲取能量存在電池里，向智能連接11和傳輸系統(tǒng) 12供電；所述信息傳輸系統(tǒng)12用于采集所述智能連接件11獲得的結構應力變化數(shù)據(jù)，并通過放大電路122、模數(shù)轉換電路123轉換成數(shù)字信號，經必要的濾波后通過基于zigbee技術構建的無線分布式測試網絡1241，實現(xiàn)向信息分析系統(tǒng)單路或多路數(shù)據(jù)的傳輸；所述信息分析系統(tǒng)13用于處理分析所述一個或幾個結構應力數(shù)據(jù)，并結合經驗數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，生成位置信息和分級判斷，并存儲上述數(shù)據(jù)以供結構檢修時使用，同時上傳數(shù)據(jù)給顯示系統(tǒng)；所述信息顯示系統(tǒng)14用于在三維操縱界面或者監(jiān)控界面的模型的相應部位，使用漸變色，顯示相關的提醒和警告。

實施例三

一種智能連接系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：至少一個智能連接件11、至少一套電源模塊和信息傳輸系統(tǒng)處理12，一套信息分析系統(tǒng)13和一套信息顯示系統(tǒng)14；所述智能連接件11由集成渦流裂紋傳感器1122的連接件組成，用于感知孔周存在的裂紋；所述信息傳輸系統(tǒng)12用于采集所述智能連接件11電流變化，并通過放大電路122、模數(shù)轉換電路1223轉換成數(shù)字信號，基于zigbee技術構建的無線分布式網絡1241，實現(xiàn)向信息分析系統(tǒng)13單路或多路數(shù)據(jù)的傳輸；所述電源模塊124利用可更換的電池向智能連接件11和傳輸系統(tǒng)12供電；所述信息分析13用于處理分析所述渦流數(shù)據(jù)，經濾波后，結合歷史數(shù)據(jù)，采用模式識別的方法，判斷當前結構的裂紋情況，生成位置信息和分級判斷，并存儲上述數(shù)據(jù)以供結構檢修時使用，同時上傳數(shù)據(jù)給顯示系統(tǒng)；所述信息顯示系統(tǒng)14用于在檢測儀器上以二維的形式， 在飛機結構圖的相應部位，根據(jù)裂紋的大小，以漸變色的形式顯示提醒和警告。

所述實施例基于zigbee技術構造的無線網絡拓撲具有如下特性：休眠-喚醒機制，能夠降低功耗；且喚醒響應速度快，平均為幾十ms。拓撲容量大，可多達幾百個終端節(jié)點；制作成本低；數(shù)據(jù)傳輸可靠，采取碰撞避免措施；數(shù)據(jù)安全性高，并且能夠實現(xiàn)冗余校驗檢查功能。同時響應快、容量大、成本低、數(shù)據(jù)可靠安全等特點，較藍牙、WIFI等無線技術具有較高優(yōu)勢；較有線式分布系統(tǒng)有更寬泛的適用性，可以適合更多特定工作環(huán)境。

所述實施例的信息顯示系統(tǒng)，以飛行器為例，在飛行的姿態(tài)圖上對應位置的顯示連接狀態(tài)。當在飛行器的二維/三維姿態(tài)圖上，直觀地顯示傳感器投影部位的受力情況。以漸變色顯示連接部位的狀態(tài)，也可以按簡單的綠黃紅三色顯示。所述漸變色顯示，就是根據(jù)數(shù)據(jù)的結果，以漸變色的形式，更精細的反映數(shù)據(jù)的大小。所述的綠黃紅三色標記，正常情況下不顯示或者以綠色顯示。當處于超出某一值時，進行黃色提醒，當再超過某一值時，進行紅色警告，提醒飛機駕駛員或無人機的操作者采取措施，改變飛行姿態(tài)，避免危險的發(fā)生。

所述實施例的信息顯示系統(tǒng)，與結構操縱界面或維護時的監(jiān)視界面緊密結合，通過界面上的模型圖，在模型圖對應位置上，以直觀形式顯示關鍵連接部位的狀態(tài)。關鍵連接部位的狀態(tài)數(shù)據(jù)由信息分析系統(tǒng)提供。

本發(fā)明所述實施例，較好的智能連接件設計見圖3。壓力傳感器 貼在螺栓的桿部1113位置，在傳感器靠近螺母1114處引出兩根傳感器的引線，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸出。

所述實施例只是上述技術方案的組合之一，實際運用過程中，不同的智能連接件和數(shù)量、不同的電源模塊、不同信號傳輸系統(tǒng)和不同的信號顯示方式等不同的組合，均在本專利的保護范圍之內。