[发明专利]航空器的结构健康监测系统

权利要求书

1.一种航空器的结构健康监测系统，其特征在于，包括：

传感器网络，与第一子系统、第二子系统、第三子系统、第四子系统及第六子系统，用于向第一子系统、第二子系统、第三子系统、第四子系统及第六子系统提供传感信号；

第一子系统，与所述传感器网络、第五子系统以及第六子系统连接，用于对大尺寸航空结构的多损伤定量化监测；

第二子系统，与所述传感器网络、第五子系统以及第六子系统连接，用于对航空金属结构高应力区域微小裂纹的监测，以及对航空复合材料结构高应力区域分层、脱粘和纤维断裂等损伤的监测；

第三子系统，与所述传感器网络、第五子系统以及第六子系统连接，用于对航空复合材料结构的外部撞击进行定位及载荷重构；

第四子系统，与所述传感器网络、第五子系统以及第六子系统连接，用于对航空结构关键区域应变的分布式实时测量及相应载荷重构；

第五子系统，与所述第一子系统、所述第二子系统、所述第三子系统、所述第四子系统及所述第六子系统连接，用于对航空结构剩余强度和寿命进行预测；

第六子系统，与所述传感器网络、所述第一子系统、所述第二子系统、所述第三子系统、所述第四子系统、所述第五子系统连接，用于控制协调其他子系统的工作，管理传感器网络。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器网络是分布式混合传感器网络，其传感元件包括压电传感器、光纤传感器、智能涂层、柔性涡流传感器和/或相对真空监测CVM传感器。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传感元件采用柔性电路技术和微加工技术封装为柔性薄膜夹层，并集成于航空结构中。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一子系统包括：

信号激励与采集模块，用于产生激励信号并进行功率放大后，将经过功率放大的激励信号加载至传感器网络的压电传感器上，同时对压电传感器的输出信号进行调理和高速采集；

多通道切换模块，用于根据事先确定的扫查策略，控制传感器网络中的压电传感器的通断；

多损伤定量化监测模块，用于对传感器网络的传感信号进行分析和处理，并根据损伤识别算法实现对所选大尺寸航空结构的多损伤定量化监测；

第一数据存储模块，用于存储传感信号和多损伤定量化监测结果；

第一控制模块，用于控制所述第一子系统内各模块并与第六子系统进行通信。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二子系统包括：

传感信号采集模块，用于采集所述传感器网络中柔性涡流阵列传感器的传感信号；

损伤定量化诊断模块，用于对采集数据进行分析，根据基准数据定量化给出热点区域的微小损伤情况；

第二数据存储模块，用于存储传感信号和微小损伤数据；

第二控制模块，用于控制所述第二子系统内各模块并与第六子系统进行通信。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第三子系统包括：

多通道撞击响应采集模块，用于被动采集外部撞击在结构中引起的响应信号；

撞击定位和载荷重构模块，用于对撞击响应信号进行分析处理，确定撞击的位置并重构出撞击载荷；

第三数据存储模块，用于存储撞击响应信号和撞击监测结果；

第三控制模块，用于控制所述第三子系统内各模块并与第六子系统进行通信。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第四子系统包括：

分布式光纤应变测量模块，用于对所述传感器网络中的光纤应变传感器进行信号解调和应变测量；

载荷重构模块，用于根据测得的应变重构出相应的载荷；

第四数据存储模块，用于存储应变测量值及其载荷重构结果；

第四控制模块，用于控制所述第四子系统内各模块并与第六子系统进行通信。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第五子系统包括：

结构模型数据库，用于存储被监测航空结构的模型参数；

专家数据库，用于存储维护维修策略；

剩余强度和寿命分析模块，用于根据各子系统的监测结果，结合航空结构的模型参数进行数值计算，估算出被测结构的剩余强度和寿命，并根据专家数据库中的维护维修策略，生成结构修理建议；

第五控制模块，用于控制所述第五子系统内各模块并与第六子系统进行通信。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第六子系统包括：

内部总线控制模块，用于与连接在总线上的各个子系统进行通信；

处理器，用于对所述第六子系统的各模块进行控制；

电源控制模块，用于根据不同的供电需要，对输入的标准航空电源参数进行调节，分别为各子系统和传感器网络进行供电；

传感器网络管理模块，用于对多功能传感器网络进行自检，根据自检结果对网络中的压电传感器自动组网，并提交网络维修报告；

外部接口模块，用于与上位系统交互通信。