本發(fā)明屬于復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測技術(shù)，具體涉及一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前基于智能結(jié)構(gòu)應(yīng)力的技術(shù)得到大量發(fā)展，它通過將傳感系統(tǒng)埋入或粘貼在主體復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中作為神經(jīng)系統(tǒng)，同時引入信號信息處理技術(shù)，使其能夠感知和預(yù)報結(jié)構(gòu)內(nèi)部的變形、缺陷、損傷、腐蝕和失效等一系列結(jié)構(gòu)的非健康狀態(tài)，是一種對材料與結(jié)構(gòu)進行無損評估的新方法。

結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測將把廣泛使用的離線、靜態(tài)、被動的材料與結(jié)構(gòu)的損傷檢測，轉(zhuǎn)變?yōu)樵诰€、動態(tài)、主動的健康狀況的監(jiān)測，從而將大大提高結(jié)構(gòu)的安全性，延長結(jié)構(gòu)壽命，降低結(jié)構(gòu)維護費用。但是像工程結(jié)構(gòu)在長期工作狀態(tài)下往往處于較惡劣的環(huán)境中，必須滿足耐久性、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)相容性等要求，智能傳感材料的出現(xiàn)，如光纖、薄膜類壓電材料、形狀記憶合金、碳纖維、電阻應(yīng)變絲、疲勞壽命絲等新的傳感器手段在復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)得到大量的應(yīng)用，但是這些集成手段會影響復(fù)合材料的層間結(jié)合強度，影響復(fù)合材料的性能。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)傳感又不會大幅降低復(fù)合材料的層間結(jié)合力。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

如圖1所示，一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括：至少一個多維桿傳感器組、至少一個信息采集子系統(tǒng)、信息分析子系統(tǒng)和信息顯示子系統(tǒng)；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(fù)合材料結(jié)構(gòu)各部分的受力；所述信息采集子系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)接口和信號處理電路。采集所述多維桿傳感器組獲得的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)應(yīng)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(tǒng)用于對上傳的數(shù)據(jù)進行分析處理，過濾雜質(zhì)信息，獲得復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受力情況，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)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(tǒng)，在結(jié)構(gòu)操縱界面或者監(jiān)控界面上，在模型圖上以直觀形式顯示復(fù)合材料結(jié)構(gòu)各部位的受力狀態(tài)。

上述一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述多維桿傳感器組包括：多個多維桿傳感器和導(dǎo)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(jù)測量維數(shù)的多少由2至6根接線導(dǎo)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(fù)合載荷會產(chǎn)生信號。所述導(dǎo)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(chǎn)生的信號由導(dǎo)線傳遞給信息采集子系統(tǒng)。

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

上述一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述信息采集子系統(tǒng)包括：連接電路、信號放大電路、A/D采集轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換電路分別用于結(jié)構(gòu)應(yīng)力數(shù)據(jù)的放大處理、模數(shù)轉(zhuǎn)換處理，最終將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。

上述一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述信息分析子系統(tǒng)，針對接收的傳感器陣列數(shù)據(jù)進行分析處理，過濾雜質(zhì)信息，進行數(shù)字分析，獲得的實時應(yīng)力數(shù)據(jù)，將當(dāng)前的數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的閾值比較，進行分級判斷。

上述一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，其中所述信息顯示子系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)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(yīng)位置上，以直觀形式顯示復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。關(guān)鍵復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)由信息分析子系統(tǒng)提供。

上述一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，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(tài)的標(biāo)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(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)集成多維桿傳感器陣列，不影響復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。同時集成信息收集子系統(tǒng)、信息分析子系統(tǒng)和信息顯示子系統(tǒng)，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的應(yīng)力數(shù)據(jù)進行融合、處理和管理。實現(xiàn)遠(yuǎn)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(biāo)的數(shù)據(jù)，并以二維或三維的形式直觀地顯示監(jiān)測結(jié)果。

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)集成示意圖；

圖2是六維桿傳感器組成圖；

圖3單層六維桿傳感器陣列(軸測圖)

圖4多層六維桿傳感器陣列

圖5是三維桿傳感器組成圖；

圖6實施例1傳感器布置示意圖

圖7實施例2桶形件布置圖

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述：

實施例一

如圖1所示，一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：至少一個多維桿傳感器組11、至少一套信息采集子系統(tǒng)12，一套信息分析子系統(tǒng)13和一套信息顯示子系統(tǒng)14；所述多維桿傳感器組11由多個排成陣列的多維桿傳感器組成；所述多維桿傳感器，見圖1，包括8個桿，桿呈空間直角坐標(biāo)狀排布，單個多維傳感器上引出8根接線導(dǎo)線連接；所述的單個桿的材料為PVDF壓電材料，受拉、受壓或受拉壓復(fù)合載荷會產(chǎn)生信號。所述導(dǎo)線將單個多維桿傳感器連接成一個8x30二維的傳感器陣列，見圖2；所述傳感器陣列的形狀做成與機翼傳感位置輪廓外形，其間距和排距與復(fù)合材料機翼檢測部位的尺寸相協(xié)調(diào)；在復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)部件的鋪設(shè)過程中，將多維桿傳感器組鋪設(shè)纖維和樹脂上，然后再接著鋪纖維和樹脂，使多維桿傳感器埋在復(fù)合材料里面。然后將多維傳感器的引線接出來，傳感器產(chǎn)生的信號由導(dǎo)線傳遞給信息采集子系統(tǒng)。所述信息采集子系統(tǒng)12用于采集所述多維桿傳感器組11獲得的結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化數(shù)據(jù)，并通過放大電路122、模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號123，通過飛機本身的航電通訊接口1242，向信息分析子系統(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，用于多維桿傳感器組11和采集子系統(tǒng)12供電；所述信息分析13用于處理分析多維桿傳感器組11產(chǎn)生多路應(yīng)力數(shù)據(jù)，并結(jié)合經(jīng)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(jié)構(gòu)檢修時使用，同時上傳數(shù)據(jù)給顯示子系統(tǒng)；所述信息顯示子系統(tǒng)14根據(jù)信息分析子系統(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，在飛機機翼上使用綠、黃和紅三種顏色顯示正常、提醒和警告三種狀態(tài)。當(dāng)飛機采取了較大的躲避飛行動作時，機翼受力會明顯增大，將該多維桿傳感器組監(jiān)測的應(yīng)力，在姿態(tài)圖機翼上的各部位以綠、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，造成復(fù)合材料機翼受力過大而發(fā)生事故。

實施例二

一種復(fù)合材料平面承力結(jié)構(gòu)應(yīng)力實時監(jiān)測系統(tǒng)所述系統(tǒng)包括：至少一個多維桿傳感器組11、至少一套電源模塊和信息采集子系統(tǒng)處理12，一套信息分析系統(tǒng)13和一套信息顯示子系統(tǒng)14；所述多維桿傳感器組11由多個排成陣列的多維桿傳感器組成，這個多維桿傳感器包括3個桿，見圖5，桿呈空間直角坐標(biāo)狀排布，單個多維傳感器上引出3根接線導(dǎo)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(fù)合載荷會產(chǎn)生信號。所述導(dǎo)線將單個多維桿傳感器連接成一個桶形的傳感器陣列。所述的桶形陣列周向上布置9個，在縱向上布置10層，見圖7；在復(fù)合材料桶型件承力結(jié)構(gòu)部件的鋪設(shè)過程中，將多維桿傳感器組鋪設(shè)纖維和樹脂上，然后再接著鋪纖維和樹脂，使多維桿傳感器埋在復(fù)合材料里面。然后將多維傳感器的引線接出來，傳感器產(chǎn)生的信號由導(dǎo)線傳遞給信息采集子系統(tǒng)。所述信息采集子系統(tǒng)12用于采集所述多維桿傳感器組11電流變化，并通過放大電路122、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路1223轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，基于zigbee技術(shù)構(gòu)建的無線分布式網(wǎng)絡(luò)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多維桿傳感器組11和傳輸系統(tǒng)12供電；所述信息分析13用于處理分析應(yīng)力數(shù)據(jù)，經(jīng)濾波后，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，采用模式識別的方法，判斷當(dāng)前結(jié)構(gòu)的受力情況，生成位置信息和分級判斷，并存儲上述數(shù)據(jù)以供結(jié)構(gòu)檢修時使用，同時上傳數(shù)據(jù)給顯示子系統(tǒng)；所述信息顯示子系統(tǒng)14用于在檢測儀器上以二維的形式，在飛船監(jiān)控圖的相應(yīng)部位，根據(jù)受力的大小，以漸變色的形式顯示提醒和警告。

所述實施例的信息顯示子系統(tǒng)，以飛行器為例，在飛行的姿態(tài)圖上對應(yīng)位置的顯示結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)。當(dāng)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。以漸變色顯示復(fù)合材料結(jié)構(gòu)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(jié)果，以漸變色的形式，更精細(xì)的反映數(shù)據(jù)的大小。所述的綠黃紅三色標(biāo)記，正常情況下不顯示或者以綠色顯示。當(dāng)處于超出某一值時，進行黃色提醒，當(dāng)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子系統(tǒng)，與結(jié)構(gòu)操縱界面或維護時的監(jiān)視界面緊密結(jié)合，通過界面上的模型圖，在模型圖對應(yīng)位置上以直觀形式顯示復(fù)合材料平板結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。復(fù)合材料平板結(jié)構(gòu)的狀態(tài)數(shù)據(jù)由信息分析系統(tǒng)提供。

所述實施例只是上述技術(shù)方案的組合之一，實際運用過程中，不同的多維桿傳感器組、不同的電源模塊、不同信號收集子系統(tǒng)、不同的信息分析子系統(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(nèi)。