[发明专利]一种基于多场耦合传感器网络的复合材料结构监测系统

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料结构健康监测技术领域，具体是一种基于多场耦合传感器网络的复合材料结构监测系统。

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。

复合材料的优点不言而喻，但复合材料在加工和使用过程中不可避免的会产生损伤，因而有必要对复合材料结构进行实时的结构健康监测。现有技术中以公开了基于不同传感器，如压电传感器和柔性涡流传感器对复合材料结构进行了监测研究，也提出了相应的监测系统。然而，现有的监测系统一般基于单一的传感器网络，很难利用多种传感信号从多个角度综合判断复合材料结构不同部位的状态，以实现对被测结构的综合监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于多场耦合传感器网络的复合材料结构监测系统，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：

一种基于多场耦合传感器网络的复合材料结构监测系统，包括多场耦合传感器网络、传感器网络接口模块、信号发生及采集模块和数据处理模块；所述多场耦合传感器网络用于对复合材料结构的多种监测参数进行主动及被动实时在线传感；所述传感器网络接口模块用于所述多场耦合传感器网络与所述信号发生及采集模块之间的连接；所述信号发生及采集模块用于产生任意波形信号并采集传感器网络接口模块提供的传感信号，且将获取的传感信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块根据获得的传感信号获得复合材料结构的雷击电流及损伤状况。

作为本发明进一步的方案：所述多场耦合传感器网络由压电传感器子网络、柔性涡流传感器子网络和罗氏线圈子网络组成。

作为本发明再进一步的方案：所述传感器网络接口模块包括多功能网络选择器、多通道电压放大及高压保护模块、罗氏线圈多通道转换模块和多通道选择器；所述罗氏线圈多通道转换模块的输入端连接至罗氏线圈子网络，罗氏线圈多通道转换模块的输出端连接至多通道电压放大及高压保护模块，多通道电压放大及高压保护模块的另一端连接至多功能网络选择器，罗氏线圈子网络用于获取多路电流微分信号并发送至罗氏线圈多通道转换模块，罗氏线圈多通道转换模块对罗氏线圈子网络输入的多路电流微分信号进行积分并转换为电压信号，电压信号经多通道电压放大及高压保护模块进行放大，并通过设置电压阈值来确认罗氏线圈子网络传感的雷击电流微分信号是否过大，所述多通道电压放大及高压保护模块控制罗氏线圈子网络与传感器网络接口模块的连接；所述多功能网络选择器根据监测需求选择接通相应的压电传感器子网络、柔性涡流传感器子网络和罗氏线圈子网络；所述多功能网络选择器连接至多通道选择器。

作为本发明再进一步的方案：所述信号发生及采集模块包括任意信号发生模块、主动信号调理及采集模块和被动信号采集模块；所述任意信号发生模块分别连接传感器网络接口模块和主动信号调理及采集模块，任意信号发生模块用于产生任意波形信号和放大所述任意波形信号的功率，并把功率放大前后的任意波形信号作为触发信号和激励信号，分别提供给主动信号调理及采集模块和传感器网络接口模块；所述主动信号调理及采集模块一端连接至传感器网络接口模块，另一端连接至数据处理模块，主动信号调理及采集模块用于对传感器网络接口模块提供的传感信号进行放大、滤波和采集，并将传感信号发送至数据处理模块；所述被动信号采集模块一端连接至传感器网络接口模块，另一端连接至数据处理模块，被动信号采集模块用于多通道同步采集传感器网络接口模块提供的传感信号，并发送至数据处理模块。

作为本发明再进一步的方案：所述主动信号调理及采集模块包括信号放大及滤波模块和双通道高速数据采集模块；所述任意信号发生模块包括任意波形发生模块和功率放大模块。