复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统的制作方法_2

文档序号:9348661阅读:来源:国知局
量水平。从档位1、档位2到档位3,相应的撞击能量水平也越来越高,分别对应为能量等级1、能量等级2和能量等级3。而机身壁板中因撞击引起的损伤则通过在机身壁板表面粘贴一小块吸波胶(20mmX200mmX 1.5mm)来模拟。下述实例中粘贴吸波胶仅是模拟损伤对Lamb波传感信号传播的影响,还可以粘贴其它质量块,如铁块等。
[0036]请参阅图1,该方法包括:步骤110?步骤140。
[0037]步骤110、从布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络中选择用于对所述被测复合材料结构进行撞击监测的压电传感器。
[0038]本步骤中,布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络是用于后面的高精度损伤监测,而从整个压电传感器网络中选择部分压电传感器对所述被测复合材料结构进行损伤监测前的撞击监测,即所选择的压电传感器不仅用于撞击监测,后续还可能被再次选择,用于高精度损伤监测,而整个压电传感器网络中剩余的压电传感器如果在后续损伤监测操作中被选中的话,则仅用于损伤监测。
[0039]在对飞机中的大型复合材料机身壁板进行损伤监测的实例中,从布置于被测机身壁板中的整个压电传感器网络中选择60个压电传感器(即图2中的压电传感器2、8、14、17、23、29、33、39、45、49、55、61、65、71、77、81、87、93、97、103、109、113、119、125、129、135、141、146、152、158、162、168、174、177、183、189、193、199、205、209、215、221、225、231、237、241、247、253、257、263、269、273、279、285、289、295、301、306、312 和 318)用于撞击监测。
[0040]需要说明的是,所选择的压电传感器需要满足能够对整个被测复合材料结构进行撞击监测。实例中选择的用于撞击监测的60个传感器需要分布于整个复合材料机身壁板,而不能只集中在某个区域。这样可保证能采集到发生在机身壁板任一位置的撞击引起的撞击响应信号,从而实现撞击监测。选择的压电传感器数目越多,用于撞击监测的压电传感器网络越密集,撞击监测结果越可靠,然而,受限于实际撞击监测设备的通道数,实例中选择最大的60个压电传感器。
[0041]步骤120、当所述被测复合材料结构发生撞击事件时,利用信号采集器通过所选择的用于撞击监测的压电传感器同步采集撞击响应信号;根据所述撞击响应信号进行撞击监测,得到撞击事件参数。
[0042]本步骤中可以采用多种撞击监测方法进行撞击监测,例如系统模型的撞击监测方法、能量重心撞击定位方法、时间反转撞击成像方法或声发射方法,本实施例对此不进行限制。
[0043]其中,信号采集器可包括:
[0044]撞击响应信号调理单元,与用于撞击监测的多个压电传感器相连,用于对多个压电传感器输出的多路撞击响应信号分别进行滤波和放大;
[0045]多通道信号同步采集单元,用于对撞击响应信号调理单元输出的多路信号进行模数转化并同步采集。
[0046]对撞击响应信号进行滤波和放大处理的好处在于,不仅滤除了噪声,而且提高了处理后的撞击响应信号信噪比。
[0047]接上述实例,假设用冲击锤在压电传感器284、286、300和302 (如图2所示)所围成的区域中心(直角坐标为(500mm,1440mm))处施加能量等级为I的撞击。利用选择的60个压电传感器采集撞击响应信号,采集频率为25KHz,采集点数为300个。图3为典型的压电传感器295采集到的撞击响应信号。
[0048]根据采集到的60个撞击响应信号进行撞击监测,得到撞击事件参数,其中,撞击位置坐标为(503mm,1502mm),与实际撞击位置(500mm,1440mm)的直线距离误差为62mm,撞击能量等级为I。
[0049]步骤130、根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域;从所述整个压电传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器,并确定相应的扫查策略。
[0050]其中扫查策略是指每次轮询激励和传感中压电传感器轮流分别作为激励器和传感器的次序。
[0051]其中,根据所述撞击事件参数确定损伤监测区域,具体可以包括:
[0052]根据所述撞击事件参数中的撞击能量等级、撞击位置的监测精度和/或所述被测复合材料结构的特性,确定作用距离,以所述撞击事件参数中的撞击位置为中心点,根据所述作用距离和所述中心点,构建设定形状的区域作为损伤监测原始区域;其中,设定形状可以包括圆形、方形或其他形状;需要说明的是,如果撞击位置的监测精度较低,则确定的作用距离较大,以保证撞击位置在损伤监测原始区域内;如果结构材料对撞击很敏感,即撞击导致的损伤面积较大,则确定的作用距离也较大,保证损伤监测原始区域能包含待监测的损伤范围。
[0053]将所述损伤监测原始区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域,确定为损伤监测区域,其中,所述损伤监测子区域通过对所述被测复合材料结构预先划分得到。
[0054]接上述实例,预先对机身壁板进行区域划分,得到各损伤监测子区域,可按整个压电传感器网络中设定数量的相邻压电传感器所围成的区域对机身壁板进行区域划分,也即每个损伤监测子区域对应整个压电传感器网络中设定数量的相邻压电传感器所围成的区域。实例中,按照每相邻四个压电传感器确定一个损伤监测子区域的方式,划分得到285个损伤监测子区域(Zl?Z285),如图2所示。对每个损伤监测子区域进行损伤监测的压电传感器位于子区域的四个角上,如对损伤监测子区域Zl进行损伤监测的压电传感器编号分别为1、2、3和4。
[0055]需要说明的是,损伤监测子区域的划分与结构特点、选用的损伤监测方法相关。如果信号在结构衰减大,传播距离短,且结构形式复杂,就需要减小损伤监测子区域的面积,并增大监测该子区域的压电传感器数量,保证损伤监测结果的准确性。实例中将相邻四个压电传感器围成的区域作为损伤监测子区域。
[0056]根据所述撞击事件参数中的撞击能量等级1、撞击位置的监测精度和所述被测复合材料结构的特性,确定作用距离为250mm,此处作为半径,以所述撞击事件参数中的撞击位置(503mm,1502mm)为中心点,此处作为圆心,根据所述作用距离和所述中心点,构建圆形区域作为损伤监测原始区域,如图4所示。该损伤监测原始区域覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域共20个,将这20个损伤监测子区域组成的区域最终确定为损伤监测区域,如图4所示。
[0057]相应的,从所述整个压电传感器网络中选择用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器,可具体包括:
[0058]将所述损伤监测区域所覆盖以及部分覆盖的损伤监测子区域各自对应的设定数量的相邻压电传感器的集合,作为用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器。
[0059]接上述实例,损伤监测区域为Z24?27、39?42、54?57、69?72以及Z84?87,用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器为30个,即图4中的压电传感器263、265、267、269、271、279、281、283、285、287、280、282、284、286、288、296、298、300、302、304、295、297、299、301、303、311、313、315、317 和 319。
[0060]然后根据损伤监测方法(实例中采用的是概率损伤成像方法,是一种基于稀疏传感器阵列的直达路径层析成像方法),确定用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的30个压电传感器的扫查策略,该扫查策略仅需要进行89次轮询激励和传感。
[0061]以图4左下角的子区域Z24为例,其扫查策略为:第一次:压电传感器301-303工作,第二次:压电传感器301-317工作,第三次:压电传感器301-319工作,第四次:压电传感器303-317工作,第五次:压电传感器303-319工作,第六次:压电传感器317-319工作。每个损伤监测子区域的对应4个相邻的压电传感器,对其扫查时的轮询次数为6次,则损伤监测区域所包含的20个损伤监测子区域的轮询总次数为120次,由于相邻区域间共用一个压电片对,如Z24和Z39之间中的压电片对为压电传感器301-303,重复计算了 I次,共有31个压电片对重复计算了,则实际需要轮询的总次数为20X6-31 = 89。
[0062]步骤140、按照所述扫查策略,利用信号发生与采集器通
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