[发明专利]面向结构健康监测的蒙皮监测系统及监测方法

权利要求书

1.曲面结构健康监测方法，使用面向结构健康监测的蒙皮监测系统，包括柔性智能蒙皮(1)、选通电路(2)、STM32主控制器(3)；

所述柔性智能蒙皮(1)包括柔性基底(101)，所述柔性基底(101)上密封封装呈阵列化的惯性倾角敏感单元(102)，相邻两个所述惯性倾角敏感单元(102)之间通过联通导线(103)连接，每个惯性倾角敏感单元(102)均连接同一个级联单元(105)、信号输出单元(104)，所述信号输出单元(104)连接STM32主控制器(3)；

所述选通电路(2)连接级联单元(105)，用于对惯性倾角敏感单元(102)扫描选通，控制惯性倾角敏感单元(102)进行分时有序采样；

所述STM32主控制器(3)，通过IIC通信接口向选通电路(2)发送控制信号；

所述STM32主控制器(3)还连接数据处理显示终端(4)，所述STM32主控制器(3)将接收到的数据传输至数据处理显示终端(4)进行显示处理；

其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、将被监测曲面结构与柔性智能蒙皮(1)紧紧贴合，通过STM32主控制器(3)向选通电路(2)发送控制信号；选通电路(2)接收到控制信号后，先控制行选通电路进行行选通，待行选通结束时，再控制列选通电路进行列选通，从而控制惯性倾角敏感单元(102)阵列化采集曲面的形变数据；惯性倾角敏感单元(102)通过联通导线(103)上传测量的带有自身ID信息的形变数据到信号输出单元(104)；信号输出单元(104)将接收到的数据传输至STM32主控制器(3)，将多个带有自身ID信息的形变数据作为惯性倾角形成惯性倾角解集；

步骤2、利用惯性倾角解集进行带可调参数的高次插值样条方法拟合得到多条曲线，由多条曲线形成反演曲面；具体过程为：

步骤2.1、将待拟合曲线分为n个测量单元，记录测量单元的坐标为{x_i}，惯性倾角敏感单元(102)对应的倾角{θ_i}，定义正切值{m_i}，惯性倾角敏感单元(102)对应坐标挠度值{f_i}，及惯性倾角敏感单元(102)之间的距离{h_i}；

步骤2.2、构造带有可调参数{k_i}的有理样条表达式/与倾角正切序列{m_i}，挠度序列{f_i}，以及{h_i}有关；

步骤2.3、利用二阶可导的性构造关于{f_i-1,f_i,f_i+1}的方程α_if_i-1+β_if_i+γ_if_i+1＝δ_i，重复步骤2.3，直至遍历所有区间构造出{f₀-f_n}；其中：

/

步骤2.4、补充边界条件构造方程组矩阵形式AF＝Δ，求解个节点的挠度值{f_i}i＝0,1,2,…n；

根据得到的挠度值f_i，带入公式(1)计算每一段的插值样条函数完成整个二维曲线的拟合；

步骤2.5、对于惯性倾角敏感单元(102)之间的相对扭转角均呈线性变化，两个惯性倾角敏感单元(102)之间任意截面的相对扭转角由下式计算:

式中，i＝0,1,...,n，[x_i,x_i+1]为插值区间，分别为分段点x_i和x_i+1处的扭转角可利用惯性倾角敏感单元(102)获得，利用坐标转换方法，获得曲线上任意一点弯扭组合变形后三维空间坐标；

步骤2.6、类似的在一个平面内利用阵列化的惯性倾角敏感单元(102)采集的角度信息，获得多条拟合曲线，由多条曲线形成反演曲面；

步骤3、根据步骤1和步骤2获得被监测对象反演曲面，根据该反演曲面构建被监测对象的三维形貌，将该三维形貌与被监测对象的原始三维形貌进行对比，推断被监测对象的结构状态及状态变化。