[发明专利]基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统及测量方法

说明书

本发明属于形变测量领域，公开了一种基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统及测量方法。基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统主要包括智能蒙皮、信号源发生器、信号接收终端、射频线缆和调制解调器等分系统。基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量方法基于形变测量系统进行测量，主要包括以下步骤：首先，柔性智能蒙皮贴合曲面结构表面；其次，信号源发生器产生载波信号；再次，接收终端捕获信号并进行解调处理；最后，精确计算每个蒙皮位置信息，基于海量数据，实现复杂曲面形变测量。本发明采用柔性蒙皮，不改变飞行器理想气动外形，具有实时性、可扩展、成本低等优点。

技术领域：

本发明属于形变测量领域，特别涉及一种基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统及测量方法。

背景技术：

机翼形变测量是飞行器结构健康检测技术研究的重要内容，飞机机翼是复杂曲面的典型代表，目前针对机翼等复杂曲面形变监测方法主要有两类：一类是利用立体相机和扫描仪等外部装置进行远距离测量，另一类是将传感器沿表面贴附或嵌入曲面内进行接触式测量。对比文件(祝连庆等，智能柔性变形机翼技术的应用与发展.机械工程学报，2018)指出，传统的测量和传感监测大部分采用第一类方法测量结构的三维形状和变形，这类方法虽然可以达到较高测量精度，但是在机翼形变测量上存在两个问题：一是需要在机翼周围布设专用的仪器设备，在可操作范围和便携性上受到限制，测量频率低、动态性差，难以满足实际飞行中实时监测的要求；二是难以测量一些封闭性结构和曲面比较复杂的结构。近年来基于表贴或嵌入式微型传感器的接触式测量方法得到广泛研究，主要有光纤光栅传感方法，这种方法虽然可以实现对温度、应变等物理量的直接测量，但是需要解决温度和应力交叉敏感的区分测量和测量精度等问题。

“智能蒙皮”是美国空军提出的一项先进技术，该项技术通过对机体蒙皮层植入智能系统，以实现对机体表面的气流检测、温湿度检测或者机体受损评估等功能。智能蒙皮中的“蒙皮”是从设备的角度突出系统共形形态的特殊承载方式，而“智能”则是从蒙皮的角度体现出迥异于普通蒙皮的对外界电磁环境的感知能力和自主干预能力。在现有飞行器上，雷达和通讯系统的天线往往以刀形或者雷达罩包覆的形式突出于机体表面，既破坏飞行器理想气动外形、增大气动阻力，又提高了飞行器制造和系统维护成本。将天线制作成柔性蒙皮贴附在飞行器表面，一方面可以向外发射信号，另一方面柔性蒙皮不改变飞行器结构，以保持理想气动外形。

形变测量在武器装备使用与维护中发挥着关键作用，现有的组网摄像形变测量方法无法满足高动态测量需求，而采用光纤光栅传感器用于形变测量由于需要解决应变与温度交叉敏感问题，目前只是处于实验室验证阶段，距离走向实际应用还有较大差距。未来对复杂曲面如飞行器机翼、舰船船体的形变测量需求越来越迫切，设计一种柔性蒙皮天线，实现高动态复杂曲面形变测量，对精确损伤估计、延长设备使用寿命具有重要意义。

发明内容：

本发明针对复杂曲面形变测量中测量频率低、测量精度差的问题，提出一种基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统及测量方法，主要的技术方案如下：

基于智能蒙皮的复杂曲面高动态形变测量系统，包括以下各分系统：智能蒙皮、信号源发生器、信号接收终端、射频线缆、调制解调器；

所述信号源发生器用于产生特定伪随机码载波信号；

所述智能蒙皮通过粘胶贴附于飞机机翼表面各处，智能蒙皮用于接收信号源发生器发来的伪随机码载波信号，并在原有载波信号中加入自身ID识别信息后以无线电波形式发出；

所述信号接收终端用于接收智能蒙皮天线发射的载波信号；

所示调制解调器用于将信号接收终端接收的载波信号进行解调解析处理，计算由每个智能蒙皮发射的信号达到接收终端时间，完成高精度测距和复杂曲面形变测量功能；

所述射频线缆用于连接信号源发生器、智能蒙皮、信号接收终端分系统，完成信号流通功能。