[发明专利]一种基于多频域响应信号的损伤协同诊断技术

说明书

本发明公开了一种基于多频域响应信号的损伤协同诊断技术，包括：采用分布式光纤传感器对蜂窝夹芯多层热防护结构进行实时低频准静态应变监测；采用压电陶瓷传感器进行高频超声导波主动检测，对传感器网络与连接电路进行聚酰亚胺薄膜封装，在蒙皮面板与蜂窝芯之间集成分布式光纤传感器网络，在应变隔离垫与蒙皮面板之间集成压电传感器阵列；综合利用低频准静态应变与高频超声导波响应实时监测结构状态，当结构状态发生异常则采用高频超声导波主动检测方法进行损伤诊断。

技术领域

本发明涉及航天蜂窝夹芯热防护结构健康监测领域，尤其涉及一种基于多频域响应信号的损伤协同诊断技术。

背景技术

可重复使用高超声速飞行器具备水平起降、宽域飞行、重复使用等特点，对未来空天一体化作战有着革命性的影响。飞行器要求其热防护系统具有高超速再入条件下可重复使用的能力，面临着高轻量化、高安全性设计的巨大挑战。蜂窝夹芯热多层防护结构是一种符合上述要求的热防护结构，是由隔热蜂窝铝和面板、防热泡沫等基体通过耐高温柔性胶黏剂连接起来的多层隔热结构。从结构安全性来看，各层构件间的粘接质量、结构完整性将直接影响飞行的可靠性及可重复使用的安全性，且作为全机最主要的结构形式，一旦出现损伤，极有可能导致整个系统的失效。因此，针对蜂窝夹芯热防护结构开展实时在线的健康评价，成为制约可重复使用高速飞行器发展的关键要素。

多种检测技术在均可用于飞行器结构的损伤诊断，但均为离线损伤探测，未能实现在线实时健康监测。区别于一些操作难度大或性价比不高的传统的检测方法，应变监测技术可实现在线大面积实时监测，超声导波技术具有传播速度快、传播距离长、传播衰减小的优势。应用于应变监测的分布式光纤传感器和应用于超声导波检测的压电传感器均易于集成化，可以同复合结构共同成型，适合用于大面积板结构的损伤诊断。

针对结构裂纹损伤、复合材料脱层、多层结构分层以及胶接接合部脱粘等进行材料测定和损伤检测的应变监测和导波检测技术已经取得了进展，形成了很多多层结构损伤定位定量方法。但均采用单一的监测技术，未能做到结构各个响应频域内的多技术融合，对损伤的监测存在一定程度的局限性，所以迫切需要一种可用于蜂窝夹层结构的基于多频域响应信号的损伤协同诊断技术。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于多频域响应信号的损伤协同诊断技术，具体包括如下步骤：

采用分布式光纤传感器对蜂窝夹芯多层热防护结构进行实时低频准静态应变监测，光在光纤中传播产生瑞利散射信号，当外界状态发生改变时会使散射光谱发生偏移，从而解调出被测结构的应变、温度信息，通过数据处理分析得到结构的健康状态；

采用压电陶瓷传感器进行高频超声导波主动检测，利用激发传感器在结构中激发超声导波，导波在结构中进行传播，由接收传感器对导波信号进行接收，通过处理分析信号得到结构的健康状态；

对传感器网络与连接电路进行聚酰亚胺薄膜封装，在蒙皮面板与蜂窝芯之间集成分布式光纤传感器网络，在应变隔离垫与蒙皮面板之间集成压电传感器阵列；

综合利用低频准静态应变与高频超声导波响应实时监测结构状态，当结构状态发生异常则采用高频超声导波主动检测方法进行损伤诊断。

所述压电传感器阵列和分布式光纤传感器经过耐极端环境封装后与结构一体化集成。

通过分布式光纤传感器进行低频准静态应变实时在线监测、从而进行蜂窝夹芯热防护结构的在役状态监测。

通过压电传感器进行高频超声导波损伤主动检测从而实现损伤的定位和定量化过程。