[发明专利]一种复合材料结构的损伤监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及结构损伤检测领域，具体是一种复合材料结构的损伤监测系统。

背景技术

复合材料是由两种或两种以上的不同性能、不同形态的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多相材料，它既保留了原组分材料的主要特点，又显示了原组分材料所没有的新性能。伴随着科学技术的进步，复合材料在各个技术领域的应用也越来越广泛，如航空航天技术领域，美国军机中复合材料的比重从F-15E的2%提高到F-35/CV舰载型的35.2%。欧洲台风战机的复合材料用量为40%。对于商用飞机，美国波音公司B777的复合材料用量为11%，而B787的复合材料则达到整个飞机结构重量的50%。欧洲空客公司A320的复合材料用量仅占10%，A38O增大到23%，而最新的A350W则提升为52%。而且，飞机中的许多复合材料结构面积较大，如台风战机的复合材料机翼、B787中的复合材料机身、A38O中的复合材料中央翼盒等。

复合材料结构虽然具有优异的材料结构特性，然而在服役中也可能会发生损伤。除了服役环境、结构老化和整体化制造时的操作不当等，外部撞击也是导致复合材料结构损伤的主要原因之一。

目前，常采用基于压电传感器和兰姆波的损伤监测方法对复合材料结构进行大面积损伤监测。由于监测面积大，需要布置数目较多的压电传感器组成大型传感器网络。在实际损伤监测中，一般要求对整个大型传感器网络进行扫查，并对扫查得到的大量兰姆波传感信号进行分析处理，使得损伤监测的任务量很大，执行效率低。如何实现大面积复合材料结构的快速损伤监测仍是一个函待解决的实际工程问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合材料结构的损伤监测系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种复合材料结构的损伤监测系统，包括压力传感器网络、压电传感器配置机构、电荷放大器和数据采集处理器；所述压力传感器网络由均匀布置在复合材料机构上的多个压电传感器组成；

所述压力传感器网络经压电传感器配置机构连接至电荷放大器，所述压电传感器配置机构包括撞击监测配置模块和损伤监测配置模块，所述撞击监测配置模块用于从布置在复合材料结构中的整个压力传感器网络中选择用于对所述复合材料结构进行撞击监测的压电传感器，所选择的压电传感器用于当所述复合材料结构发生撞击事件时，利用信号采集器通过所选择的压电传感器同步采集撞击响应信号，并根据所述撞击响应信号进行撞击监测得到撞击事件参数；所述损伤监测配置模块用于根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域，并从所述整个压力传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器；

所述电荷放大器连接至数据采集处理器，所述电荷放大器用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器所输出的接收信号进行放大处理，并输出传感信号给所述数据采集处理器；所述数据采集处理器用于获得传感信号，并对获得的传感信号进行模数转换，得到接收波形信号；对所述接收波形信号进行预处理，得到预处理后的数据矩阵；对所述预处理后的数据矩阵进行稀疏盲源分离，得到分离后的信号；对所述分离后的信号进行小波消噪处理，得到消噪后的分离信号。

作为本发明进一步的方案：所述信号采集器包括撞击响应信号调理单元和多通道信号同步采集单元，撞击响应信号调理单元与用于撞击监测的多个压电传感器相连，撞击响应信号调理单元用于对多个压电传感器输出的多路撞击响应信号分别进行滤波和放大，多通道信号同步采集单元用于对撞击响应信号调理单元输出的多路信号进行模数转化并同步采集。

作为本发明再进一步的方案：所述数据采集处理器包括原始波形信号提取单元、信号预处理单元、稀疏盲源分离单元和信号后处理单元，原始波形信号提取单元、信号预处理单元、稀疏盲源分离单元和信号后处理单元依次相连；所述原始波形信号提取单元用于获得传感信号，并对获得的传感信号进行模数转换，输出接收波形信号；所述信号预处理单元用于对所述接收波形信号进行预处理，输出预处理后的数据矩阵；所述稀疏盲源分离单元用于对所述预处理后的数据矩阵进行稀疏盲源分离，输出分离后的信号；所述后处理单元用于对所述分离后的信号进行小波消噪处理，得到消噪后的分离信号。