[发明专利]一种机载多通道可拓展的分布式航空结构寿命监控装置

说明书

本发明公开了一种机载多通道可拓展的分布式航空结构寿命监控装置，装置主要由主监控器模块、CAN总线通信网络、各子节点控制模块以及应变传感器组成。主监控器模块与各子节点控制模块通过工业CAN总线构成分布式监控网络。主监控器模块作为主控节点，与各子节点控制模块采取一对多的点对点双向通信。主控节点与各子节点控制模块均采用自带CAN收发控制器的嵌入式微处理器。整个监控网络最多可扩展至256个监控节点，每个子节点控制模块包括多路应变传感器数据采集输入通道，每个应变传感器负责采集机体结构疲劳关键件一个方向或轴上的应变数据历程。基于嵌入式硬件平台能够形成机载轻量化、多通道、可扩展的分布式实时在线航空结构寿命监控装置。

技术领域

本发明涉及航空结构健康监测、疲劳寿命监控技术领域，特别地，涉及一种机载分布式、多通道航空结构疲劳关键件在线寿命监控装置。

背景技术

随着高性能飞机制造成本的增加，对飞机疲劳寿命监控的精准性要求也随之提高。基于各类传感器、自动化、信息化技术的航空结构关键件疲劳损伤识别与实时寿命监控技术成为各国飞机延寿的研究重点。

针对航空结构疲劳关键部件实时在线寿命监控的需求，发明了一种机载多通道、可扩展的分布式结构寿命在线监控装置。该装置基于CAN总线分布式通信网络技术、应变传感器测量技术、嵌入式软硬件控制技术以及结构疲劳寿命预测方法构建。该监控装置的发明为航空结构及飞机疲劳寿命在线监控提供了一套高实时性与可靠性、轻量化、易扩展的新型机载监控技术手段。

发明内容

本发明的目的是提出一种机载多通道、可拓展的分布式航空结构寿命在线实时监控装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种机载多通道可拓展的分布式航空结构寿命监控装置，基于CAN总线分布式通信网络技术、应变传感器测量技术、嵌入式软硬件控制技术以及结构疲劳寿命预测方法构建。

本发明采用的技术方案架构与工作原理如图1所示，该系统由主监控器模块、CAN总线通信网络、各子节点控制模块以及应变传感器组成。该航空结构寿命监控装置采用模块化思想构建软硬件监控平台，17路应变传感器通过多通道数据接口与各子节点控制模块连接，各子节点控制模块通过CAN总线通信网络与主监控器模块连接在一起，主监控器模块与各子节点控制模块通过CAN总线通信网络构成分布式监控网络；主监控器模块作为主控节点，与各子节点控制模块采取一对多的点对点双向通信。主控节点与各子节点控制模块均采用自带CAN收发控制器的嵌入式微处理器。整个监控网络最多可扩展至256个监控节点，分别安装于飞机机体结构疲劳关键件的机身、机翼、尾翼、起落架，对各个监控结构危险部位的应变进行监测。每个子节点控制模块包括17路应变传感器数据采集输入通道，每个应变传感器负责采集机体结构疲劳关键件一个方向或轴上的应变数据历程，针对实际监测结构的需要，能够将任意其中三个应变传感器构建成三轴45度的应变花传感器组，以获得机身、机翼、尾翼、起落架监测部位在随机多轴受载状态下的多轴应变数据信息。

主监控器模块基于宇航级嵌入式处理器硬件平台构建，具体如图2所示。主监控器模块包括嵌入式MCU单元、CAN收发控制器、数据存储模块、人机交互模块、电压转换模块和报警模块。电压转换模块与嵌入式MCU单元、CAN收发控制器、数据存储模块、人机交互模块、报警模块相连接，将机载电源提供的宽电压转换为主监控器模块所需要的电压。嵌入式MCU单元作为主监控器模块数据处理的核心模块，分别与CAN收发控制器、数据存储模块、人机交互模块、报警模块连接并进行数据通信。CAN收发控制器与嵌入式MCU单元的CAN接口引脚连接，数据存储模块与嵌入式MCU单元的并行总线接口引脚连接，报警模块和人机交互模块分别通过串行总线与嵌入式MCU单元的I2C接口引脚连接。MCU单元采用高性能32位PowerPC架构嵌入式微控制器，内嵌实时Linux嵌入式系统；人机交互模块采用军工级电容触摸屏，与运行于主监控器模块的航空结构寿命监控软件系统结合，实现疲劳关键件结构寿命的实时监测、数据显示、损伤识别、寿命预测、语音故障报警、安全飞行提醒功能，实现航空结构疲劳关键件在线寿命实时监控。