5为复合形式的功能夹层的示意图。
[0019] 图6为接口夹层的示意图。
[0020] 图7为集成化的大面积柔性压电夹层传感网络在结构上的布置示意图。
[0021] 图8为传感网络压电敏感元件编号及分布示意图。
[0022] 在上述图1至图8的标注中，标注1为接口夹层；2为单一形式的功能夹层；3为复 合形式的功能夹层；4为信号输入输出接口；5为压电敏感元件；6为夹层中压电敏感元件 正极焊盘；7为夹层中压电敏感元件负极焊盘；8为夹层中的信号线路；9为夹层中的信号 回路；10为接口夹层和功能夹层的集成接口。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。
[0024] 图2所示为需要进行主动损伤监测和被动冲击监测的飞机结构部位。该部位是 一块面积为l〇〇〇*l〇〇〇mm 2的复合材料蒙皮，蒙皮上沿竖直方向有4条长衍，相互间距为 200mm ;沿水平方向有两条翼肋，间距为400mm。该结构在实际的制备过程中，首先分别制备 蒙皮、长衍和翼肋，然后通过共固化工艺实现连接。
[00巧]图3为依照本发明所提供的技术方法设计制造的集成化的大面积柔性压电夹层 传感网络的示意图，网络的面积为900*700mm2,包含33个压电敏感元件。设计过程具体包 括W下步骤： (1)采用基于稀疏压电传感阵列的损伤诊断算法对图2所示的复合材料蒙皮进行整个 结构范围内的主动损伤监测，基于密集压电传感阵列（十字阵）的冲击定位算法对该结构进 行被动冲击监测，要求压电夹层传感网络能够最大限度的覆盖整个结构。因此首先设计了 如图4至图5所示的2种夹层；单一形式的功能夹层2和复合形式的功能夹层3。然后，再 根据单一形式的功能夹层2和复合形式的功能夹层3的信号接口及夹层结构形式设计了如 图6所示的接口夹层1。上述3种夹层均包含集成接口 10,其中接口夹层1不包含压电敏 感元件，单一形式的功能夹层2上有5个压电敏感元件，用于构建稀疏压电传感阵列；复合 形式的功能夹层3上包含组成十字阵和组成稀疏阵的两部分压电敏感元件，共13个。在集 成压电夹层传感网络时，3种夹层采用的个数分别为1个、4个和1个。
[0026] (2)单一形式的功能夹层2和复合形式的功能夹层3上所有的信号线路和信号回 路最终都连接到接口夹层1上。接口夹层1上还预留能够连接网络中全部信号线路和信号 回路的输入输出接口 4。本例中传感网络采用DB44-K通用集成信号接口统一输入输出所有 传感器的驱动和响应信号，可满足网络使用需求。
[0027] (3)本实施例中采用焊接方式将4个单一形式的功能夹层2和1个复合形式的功 能夹层3分别通过各自的集成接口 10集成到接口夹层1上，集成化大面积柔性压电夹层传 感网络设计制造完成，其在图2蒙皮结构上的布置示意图如图7所示，其中夹层本身的厚度 只有0. 1mm，可W在装配时很方便的布置在两个相互连接的结构形式中间，如图中的蒙皮和 翼肋W及蒙皮和长衍。图8为传感网络压电敏感元件编号及分布示意图，A1-A25组成稀疏 阵，用于对结构进行主动损伤监测；B1-B9组成十字阵，用于对结构进行被动冲击监测。该 两组压电敏感元件中A13和B3为同一敏感元件，稀疏阵和十字阵共用。
【主权项】
1. 一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，其特征在于，包括如下步骤： (1) 根据结构的监测部位、监测对象和采用的监测方法设计功能夹层，该夹层上还包含 用于组成大面积柔性压电传感网络的集成接口； (2) 再根据各功能夹层的集成接口形状以及夹层结构形式设计接口夹层，接口夹层上 包含两种接口：集成接口和信号输入输出接口，其中集成接口用于连接各功能夹层，信号输 入输出接口用于实现整个网络的信号的统一输入输出； (3) 将各功能夹层与接口夹层集成在一起，形成一个能够有效覆盖结构监测范围的集 成化大面积柔性压电夹层传感网络。
2. 如权利要求1所述的一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，其特征在于：所 述步骤（1)中功能夹层为能够满足结构各部位监测需求、包含压电敏感元件的夹层。
3. 如权利要求1所述的一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，其特征在于：所 述步骤（2)中接口夹层为能够连接、集成各功能夹层并统一输入输出网络信号的夹层。
4. 如权利要求1所述的一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，其特征在于：所 述步骤（3)中功能夹层和接口夹层的集成通过连接二者的集成接口实现，采用焊接或导电 胶的连接方式。
5. 如权利要求1所述的一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，其特征在于：所 述步骤（3)中功能夹层和接口夹层的集成通过连接二者的集成接口实现，采用直接对接的 连接方式。
【专利摘要】本发明公开了一种集成化的大面积柔性压电夹层传感网络，属于航空结构健康监测技术领域。本发明包括如下步骤：（1）根据结构的监测部位、监测对象和监测方法设计多个包含压电敏感元件和集成接口的功能夹层；（2）根据各功能夹层的集成接口形状以及夹层结构形式，设计接口夹层，用于集成各功能夹层并实现整个网络的传感信号的统一输入输出；（3）将各功能夹层与接口夹层集成在一起，形成一个能够有效覆盖结构监测范围的集成化大面积柔性压电夹层传感网络。本发明可以简化大尺寸结构健康监测应用中压电传感网络的引线布置，降低引线重量，提高压电传感信号的准确性和一致性，有很好的应用前景。
【IPC分类】G01D5-12
【公开号】CN104567944
【申请号】CN201410813053
【发明人】邱雷, 袁慎芳, 任元强
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日