[发明专利]基于声传感器的航天器结构健康检测方法

摘要

本发明公开了一种航天器结构健康检测方法，该方法通过航天器上设置的各传感器同步采集声发射信号，经过放大及滤波处理，将信号传输到信号采集分析仪中。信号采集分析仪对信号进行处理，首先判断是否发生碰撞，若发生碰撞便对碰撞点进行定位，同时启动泄漏检测与定位模块对泄漏进行检测和定位，随后启动损伤检测模块根据碰撞、泄漏定位结果，对附近的结构损伤程度进行检测。本发明无需对航天器舱体结构进行任何改动，也不需要宇航员到舱外操作，就能对传感器周围4m2范围实现实时监测，不需要逐点扫描舱体表面，提高了结果健康检测的效率，保证了信号的一致性，提高了定位精度。

主权项

一种航天器结构健康检测方法，使用两个超声阵列传感器、两个多路信号切换器和一台信号发生与采集分析仪来进行，两个超声阵列传感器分别包含由同一块压电陶瓷材料制作的8×8六十四个阵元，每个阵元包括两种工作模式即主动发射工作和被动接收模式，通过耦合剂固定在航天器舱体内表面，多路信号切换器可编程控制多路信号的切换，信号发生与采集分析仪用来发射信号激励超声传感器、并采集超声传感器响应信号，进行信号处理；包括如下步骤：1)将两个超声阵列传感器通过耦合剂固定在航天器舱体内表面，获取阵列A和阵列B的中心间距L，阵元间距D，建立直角坐标系，获得阵列A的中心坐标(x1，y1)，阵列B的中心坐标(x2，y2)；2)选取传感器阵列A和阵列B中的任意三个阵元，三个阵元不能在同一阵列内，实时检测它们接收到的泄漏声发射信号，以3MB/s以上的采样率分别采集长度为8KB的信号，其有效电平依次记为U1、U2、U3，取U＝max(U1,U2,U3)，若三个阵元同时接收到幅值10U以上的脉冲信号，判断为有碰撞或应力事件发生，此时跳到步骤3)；若三个阵元同时接收到幅值10U以上持续信号，判断为有泄漏事件发生，此时跳到步骤4)；如果经过一段时间检测后，没有出现幅值10U以上的信号时，则跳到步骤5)；3)分别记录上述三个处于被动接收模式的阵元的信号幅值增强到10U时的时刻t1、t2、t3，设波速为v,根据下式计算碰撞或应力事件的位置(xI,yI)(xI-xA1)2+(yI-yA1)2-(xI-xA64)2+(yI-yA64)2=(t1-t2)·v(xI-xA1)2+(yI-yA1)2-(xI-xB1)2+(yI-yB1)2=(t1-t3)·v;]]>4)将阵列A中六十四个阵元全部设置为被动接收模式，同步采集阵列A中六十四个阵元接收到的信号，根据波束形成算法计算出阵列A对泄漏声源的定向角度θ1，相同地，将阵列B中六十四个阵元全部设置为被动接收模式，同步采集阵列B中六十四个阵元接收到的信号，根据波束形成算法计算出阵列B对泄漏声源的定向角度θ2，根据下式计算泄漏声源的位置(xL,yL)；xL=x1+cotθ1×Lcotθ1+cotθ2yL=y1-Lcotθ1+cotθ2;]]>5)将阵列B面对阵列A的一排阵元全部设置成被动接收模式，同时将阵列A中面对阵列B的一排阵元依次设置成主动发射模式，阵列B分别记录阵列A中每次开启主动发射模式的阵元的发射信号，共记录8次，得到将信号有效值储存为一8×8的阵列，其中，元素Uij代表阵列B中阵元j接收到阵列A中阵元i发射的信号，若存在一个元素Umn的值小于矩阵所有元素平均值的三分之一，则认为阵列B中阵元n与阵列A中阵元m之间连线上有损伤，否则没有损伤发生。