一种智能连接系统的制作方法

本发明属于结构状态监测领域，涉及一种智能连接系统，它实现结构的机械连接状态监测。

背景技术：

对结构连接部位实施健康监测与管理具有非常重要的意义，不仅能够预防重大事故发生，减少经济损失，还能够实现按需维护，降低维护费用。结构的健康监测技术被视为保障结构使用和提高结构服役安全性、降低维护费用的关键技术。如飞行器在降落，在空中遇到大气流或需要做一些极限动作逃避攻击等需要快速改变运动状态，会对机体产生比较大的作用力，对机体结构有非常高的要求。

现有的结构状态监测系统中，常采用多种传感器系统对结构部件进行监测，如飞机的机翼整体集成光纤传感器和压电传感器，如大型桥梁结构集成光纤传感器和超声波。机械连接接头在结构装配上大量使用，但由于存在开孔结构，容易产生应力集中，是主要承力结构的薄弱部位，需要对接头进行检测。当前的检测多是集中在对螺栓连接是否失效来进行检测，如是否发生松脱，要达到对结构的健康监测和安全服役的要求，这是不够的。

因此在结构服役过程中实时在线地对机械连接接头的检测，不仅要检测出螺栓的松动，还应检测出应力。对不同状态下应力的累积，估算产品的可能疲劳寿命，避免发生失效，提高服役寿命和安全性，降低服役成本。

技术实现要素：

发明目的：提供一种能够对机械连接部位进行状态监测，并对结构状态数据进行分析、处理和管理，并最终把状态分析结果以带颜色图形形式直观显示。

本发明技术方案：一种智能连接系统，包括智能连接件、信息传输系统、信息分析系统和信息显示系统。其中所述智能连接件是集成了传感器的连接件，使用时与结构紧密连接在一起，实现紧固和感知的功能，并提供引线以传输出数据；所述信息传输系统包含电源模块、放大电路和信号传输模块，一端与智能连接件相连，一端通过无线模块或者机体的通讯模块与信息分析系统相连，用以传输数据；所述电源模块供给检测和传输信息的电源；所述信息分析系统，针对上传的数据进行分析处理，过滤杂质信息，获得连接部位受力情况或缺陷情况，与系统的阀值比较，对当前的数据进行分级判断；所述信息显示系统，结构操纵界面或者监控界面上，在模型图上以直观形式显示连接部位的状态。

上述一种智能连接系统，其中所述的智能连接件集成的传感器包括至少一种柔性电路压力传感器、微型压电压力传感器、MEMS压力传感器和微型涡流结构裂纹传感器。

上述一种智能连接系统，其中所述电源模块向传感系统和传输信息系统供应所需能量。所述电源模块使用机载电源供电，或者使用电池供电，或者从结构振动中获取能量，或者从结构表面集成的太阳能电池中取得能量供给使用。

上述一种智能连接系统，其中所述信息传输系统包含信号放大电路、A/D采集转换电路和信息传输接口。信息放大电路用于放大信号源；所述A/D采集转换电路用于将模拟量信号转变为数字信号；所述信息传输接口包含集成在机身的数据传输通道或无线传输网络传输通道，将信息发送到接收端，组件需集成在电磁屏蔽结构的内部。

上述一种智能连接系统，其中所述信息分析系统，针对接收的一组或几组传感器数据进行分析处理，过滤杂质信息，获得连接部位受力情况或缺陷情况，与系统的阀值比较，对当前的数据进行分级判断。

上述一种智能连接系统，其中所述信息显示系统，在结构操纵界面或者监控界面上，通过界面上的模型图，在模型图对应位置上，以直观形式显示连接部位的状态。连接部位的状态数据由信息分析系统提供。

上述一种智能连接系统，其中所述的直观形式显示，可以采用渐变色的形式显示，也可以按简单的三色进行正常、提醒和警告三种状态的标记与显示，还可以通过语音提醒的形式。

有益效果：

集成后的智能连接系统构成一个包括至少一种柔性电路压力传感器、MEMS压力传感器、微型压电压力传感器和涡流裂纹传感器等传感器的智能连接件，可以对这些传感器进行统一调度，对其数据进行融合、处理和管理。在一次监测活动中可以发挥各种传感器的优势，可在同一个终端上监测结构部位的多个数据，实现对机械连接部位的在线检测。使用电路、光纤等有线传输线路或者无线网络技术，实现远程监控，提高监测效率；由程序和专家系统来处理分析数据，可以对监测目标进行分析，并以二维或三维的形式直观地显示监测结果。

附图说明

图1是本发明专利的智能连接系统集成示意图。

图2是智能连接件组成图。

图3是智能连接件传感器集成示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

实施例一

一种智能连接系统，所述系统包括：至少一个智能连接件11、至少一套电源模块和信息传输系统处理12，一套信息分析系统13和一套信息显示系统14；所述智能连接件11由集成压力传感器的1121的连接件组成，用于感知孔周的应力，将智能连接件安装在飞机机翼和机身的连接部位；所述压力传感器包括柔性电路电阻传感器和MEMS压力传感器；所述信息传输系统12用于采集所述智能连接件11获得的结构应力变化数据，并通过放大电路122、模数转换成数字信号123，通过飞机本身的航电通讯接口1242，向信息分析系统13传输信号；所述电源模块124采用机身电源1231的供电形式，用于智能连接件11和传输系统12供电；所述信息分析13用于处理分析智能连接件11产生一个或几个结构应力数据，并结合经验数据和历史数据，生成位置信息和分级判断，并存储上述数据以供结构检修时使用，同时上传数据给显示系统；所述信息显示系统14根据信息分析系统13提供的数据，将数据在飞机的姿态图上以二维的形式，在飞机的机翼根部使用绿、黄和红三种颜色显示正常、提醒和警告三种状态。当飞机采取了较大的躲避飞行动作时，机翼受力会明显增大。机翼通过翼身连接处的智能连接和螺栓传递给机身，通过该智能连接件监测到的机械连接应力，在姿态图的机翼根部，以绿、黄和红三色的形式，提醒飞行员采取合理的躲避动作，避免动作过大，造成连接处的受力过大而发生事故。

实施例二

一种智能连接系统所述系统包括：至少一个智能连接件11、至少一套电源模块和信息传输系统处理，一套信息分析系统和一套信息显示系统；所述智能连接件11由集成柔性电路电阻传感器的连接件或者集成MEMS压力传感器的连接件组成，用于感知孔周的应力；所述电源模块12采用自供电电源模块1233，利用飞行器在飞行过程中，产生的振动中获取能量存在电池里，向智能连接11和传输系统12供电；所述信息传输系统12用于采集所述智能连接件11获得的结构应力变化数据，并通过放大电路122、模数转换电路123转换成数字信号，经必要的滤波后通过基于zigbee技术构建的无线分布式测试网络1241，实现向信息分析系统单路或多路数据的传输；所述信息分析系统13用于处理分析所述一个或几个结构应力数据，并结合经验数据和历史数据，生成位置信息和分级判断，并存储上述数据以供结构检修时使用，同时上传数据给显示系统；所述信息显示系统14用于在三维操纵界面或者监控界面的模型的相应部位，使用渐变色，显示相关的提醒和警告。

实施例三

一种智能连接系统所述系统包括：至少一个智能连接件11、至少一套电源模块和信息传输系统处理12，一套信息分析系统13和一套信息显示系统14；所述智能连接件11由集成涡流裂纹传感器1122的连接件组成，用于感知孔周存在的裂纹；所述信息传输系统12用于采集所述智能连接件11电流变化，并通过放大电路122、模数转换电路1223转换成数字信号，基于zigbee技术构建的无线分布式网络1241，实现向信息分析系统13单路或多路数据的传输；所述电源模块124利用可更换的电池向智能连接件11和传输系统12供电；所述信息分析13用于处理分析所述涡流数据，经滤波后，结合历史数据，采用模式识别的方法，判断当前结构的裂纹情况，生成位置信息和分级判断，并存储上述数据以供结构检修时使用，同时上传数据给显示系统；所述信息显示系统14用于在检测仪器上以二维的形式，在飞机结构图的相应部位，根据裂纹的大小，以渐变色的形式显示提醒和警告。

所述实施例基于zigbee技术构造的无线网络拓扑具有如下特性：休眠-唤醒机制，能够降低功耗；且唤醒响应速度快，平均为几十毫秒。拓扑容量大，可多达几百个终端节点；制作成本低；数据传输可靠，采取碰撞避免措施；数据安全性高，并且能够实现冗余校验检查功能。同时响应快、容量大、成本低、数据可靠安全等特点，较蓝牙、WIFI等无线技术具有较高优势；较有线式分布系统有更宽泛的适用性，可以适合更多特定工作环境。

所述实施例的信息显示系统，以飞行器为例，在飞行的姿态图上对应位置的显示连接状态。当在飞行器的二维/三维姿态图上，直观地显示传感器投影部位的受力情况。以渐变色显示连接部位的状态，也可以按简单的绿黄红三色显示。所述渐变色显示，就是根据数据的结果，以渐变色的形式，更精细的反映数据的大小。所述的绿黄红三色标记，正常情况下不显示或者以绿色显示。当处于超出某一值时，进行黄色提醒，当再超过某一值时，进行红色警告，提醒飞机驾驶员或无人机的操作者采取措施，改变飞行姿态，避免危险的发生。

所述实施例的信息显示系统，与结构操纵界面或维护时的监视界面紧密结合，通过界面上的模型图，在模型图对应位置上，以直观形式显示连接部位的状态。连接部位的状态数据由信息分析系统提供。

本发明所述实施例，较好的智能连接件设计见图3。螺栓由头部1112、杆部1113 和螺纹1114组成，压力传感器贴在螺栓的杆部1113位置，在传感器靠近螺纹1114处或头部支承面1115处引出两根传感器的引线，以实现数据的输出。

所述实施例只是上述技术方案的组合之一，实际运用过程中，不同的智能连接件和数量、不同的电源模块、不同信号传输系统和不同的信号显示方式等不同的组合，均在本专利的保护范围之内。