[发明专利]复合材料机械连接结构综合监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及工程结构健康监测技术领域，尤其涉及一种复合材料机械连接结构综合监测系统。

背景技术

相比于传统的金属合金，复合材料具有重量轻、比强度和比模量高、疲劳寿命长、耐高温、耐腐蚀、阻尼减震性好以及材料具有可设计性等优点，先进复合材料在民机结构中的应用程度已成为飞机先进性和市场竞争力的重要标志。欧洲空客A320中复合材料在整个飞机结构重量中的比率仅为10％，A380增大为23％，而最新研制的A350XWB已提高到52％，美国波音公司则把复合材料的用量从B777中的11％提高到B787中的50％。

复合材料结构设计中，复合材料连接设计是必不可少的关键环节。复合材料结构件间或复合材料结构与金属结构间的连接，主要有胶接、机械连接和混合连接这三种形式，其中以机械连接最为常见。因此，复合材料机械连接结构状态在很大程度上决定了飞机结构的有效性和安全性，针对该结构的健康监测系统的需求也正日益增多。

目前，研究者已基于不同传感器，如压电传感器和柔性涡流传感器对复合材料机械连接结构进行了监测研究，也提出了相应的监测系统。然而，现有的监测系统一般基于单一的传感器网络，很难利用多种传感信号从多个角度综合判断复合材料机械连接结构不同部位的状态，以实现对被测结构的综合监测。

发明内容

本发明针对现有的监测系统一般基于单一的传感器网络，很难利用多种传感信号从多个角度综合判断复合材料机械连接结构不同部位的状态，以实现对被测结构的综合监测的问题，提供了一种复合材料机械连接结构综合监测系统。

本发明就上述技术问题提供的技术方案如下：

本发明提供了一种复合材料机械连接结构综合监测系统，所述复合材料机械连接结构综合监测系统包括多场耦合混杂传感器网络、传感器网络接口模块、主动信号调理及采集模块、任意信号发生模块、被动信号多通道采集模块、结构状态监测模块、系统控制模块；

所述多场耦合混杂传感器网络用于对复合材料机械连接结构的多种监测参数进行主动和／或被动实时在线传感；

所述传感器网络接口模块连接所述多场耦合混杂传感器网络，用于控制多个采集通道的通断；

所述主动信号调理及采集模块用于对传感器网络接口模块提供的传感信号进行放大、滤波、采集中的至少一种；

所述任意信号发生模块用于产生任意波形信号和放大所述任意波形信号的功率，并把功率放大前后的任意波形信号作为触发信号和激励信号，分别提供给主动信号调理及采集模块和传感器网络接口模块；

所述被动信号多通道采集模块用于多通道同步采集传感器网络接口模块提供的传感信号；

所述结构状态监测模块用于根据采集到的多场耦合混杂传感器网络的传感信号，并根据所述传感信号分别得到被测复合材料机械连接结构的雷击电流和损伤状况，从而得到被测复合材料机械连接结构的综合监测结果；

所述结构寿命预测模块用于根据结构状态监测模块提供的复合材料机械连接结构综合监测结果，计算被测复合材料机械连接结构的剩余强度和寿命；

所述的系统控制模块用于控制协调所述多场耦合混杂传感器网络、传感器网络接口模块、主动信号调理及采集模块、任意信号发生模块、被动信号多通道采集模块、结构状态监测模块、结构寿命预测模块和系统控制模块的工作，并负责与外部系统与设备之间的交互通信。

在本发明所述的复合材料机械连接结构综合监测系统中，所述的多场耦合混杂传感器网络包括压电传感器子网络、柔性涡流传感器子网络和Rogowski线圈子网络。

在本发明所述的复合材料机械连接结构综合监测系统中，所述传感器网络接口模块连接多场耦合混杂传感器网络，用于对Rogowski线圈子网络的电流传感信号的前置调理，对压电传感器子网络、柔性涡流传感器子网络和Rogowski线圈子网络的选择以及控制对压电传感器子网络、柔性涡流传感器子网络和Rogowski线圈子网络传感过程中多个采集通道的通断。

在本发明所述的复合材料机械连接结构综合监测系统中，所述传感器网络接口模块包括Rogowski线圈多通道转换电路、多通道电压放大及高压保护电路、多功能网络选择器、多通道选择器和第一通信及控制电路；

所述Rogowski线圈多通道转换电路，用于对连接Rogowski线圈子网络输入的多路电流微分信号进行积分并转换为电压信号，经多通道电压放大及高压保护电路进行放大，并通过设置电压阈值来判断Rogowski线圈传感的雷击电流微分信号是否过大；