复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明实施例涉及结构健康监测技术领域，尤其涉及一种复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统。
【背景技术】
[0002]复合材料具有比强度和比模量高、疲劳寿命长、耐高温和腐蚀以及材料具有可设计性等优点，所以在航空结构中得到日益广泛的应用。美国军机中复合材料的比重从F-15E的2%提高到F-35/CV舰载型的35.2%。欧洲台风战机的复合材料用量为40%。对于商用飞机，美国波音公司B777的复合材料用量为11 %，而B787的复合材料则达到整个飞机结构重量的50%。欧洲空客公司A320的复合材料用量仅占10%，A380增大到23%，而最新的A350XW则提升为52%。而且，飞机中的许多复合材料结构面积较大，如台风战机的复合材料机翼、B787中的复合材料机身、A380中的复合材料中央翼盒等。
[0003]复合材料结构虽然具有优异的材料结构特性，然而在服役中也可能会发生损伤。除了服役环境、结构老化和整体化制造时的操作不当等，外部撞击也是导致复合材料结构损伤的主要原因之一。
[0004]目前，常采用基于压电传感器和Lamb波的损伤监测方法对复合材料结构进行大面积损伤监测。由于监测面积大，需要布置数目较多的压电传感器组成大型传感器网络。在实际损伤监测中，一般要求对整个大型传感器网络进行扫查，并对扫查得到的大量Lamb波传感信号进行分析处理，使得损伤监测的任务量很大，执行效率低。如何实现大面积复合材料结构的快速损伤监测仍是一个亟待解决的实际工程问题。
【发明内容】
[0005]本发明实施例提供一种复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统，以实现对被测复合材料结构的快速损伤监测，提高损伤监测效率，并兼顾损伤监测的准确性。
[0006]第一方面，本发明实施例提供了一种复合材料结构的损伤监测方法，包括:
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]按照所述扫查策略，利用信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器向所述损伤监测区域激发Lamb波监测信号，并利用所述信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器采集对应的Lamb波传感信号；根据所述Lamb波传感信号进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果，并根据该监测结果更新所述被测复合材料结构的健康状态。
[0011]第二方面，本发明实施例提供了一种复合材料结构的损伤监测装置，包括:
[0012]撞击监测配置模块，用于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；
[0013]撞击监测模块，用于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；
[0014]损伤监测配置模块，用于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；
[0015]损伤监测模块，用于按照所述扫查策略，利用信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器向所述损伤监测区域激发Lamb波监测信号，并利用所述信号发生与采集器通过所述用于对所述损伤监测区域进行损伤监测的压电传感器采集对应的Lamb波传感信号；根据所述Lamb波传感信号进行损伤监测，得到所述损伤监测区域的损伤监测结果，并根据该监测结果更新所述被测复合材料结构的健康状态。
[0016]第三方面，本发明实施例提供了一种复合材料结构的损伤监测系统，包括:
[0017]布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络、信号采集器、以及信号发生与采集器，还包括:本发明任意实施例提供的复合材料结构的损伤监测装置。
[0018]本发明实施例提供的复合材料结构的损伤监测方法、装置和系统，通过在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络中配置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，实现对被测复合材料结构的撞击监测；根据撞击事件参数，确定相应的损伤监测区域，仅对复合材料结构中与撞击事件关联的损伤监测区域进行损伤监测，而无需利用整个压电传感器网络对其覆盖的整个被测复合材料结构进行损伤监测，使得损伤监测的压电传感器的轮询次数极大减小，减小了需要采集并处理的Lamb波传感信号的数量，有效提高了损伤监测效率；利用所述损伤监测区域的实际损伤监测结果更新所述被测复合材料结构的健康状态，保证了整个被测复合材料结构的损伤监测结果的准确性。
【附图说明】
[0019]为了更清楚地说明本发明，下面将对本发明中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本发明实施例一提供的一种复合材料结构的损伤监测方法的流程示意图；
[0021]图2为本发明实施例一中适用的一种布置有压电传感器的大型复合材料机身壁板的平面图；
[0022]图3为本发明实施例一的实例中的压电传感器295采集到的撞击响应信号；
[0023]图4为本发明实施例一的实例中确定的损伤监测区域和损伤监测所需压电传感器的示意图；
[0024]图5为本发明实施例一的实例中的所采用的Lamb波窄带激励信号的示意图；
[0025]图6为本发明实施例一的实例中的损伤状态下压电传感器299和302分别作为激励和传感器采集得到的Lamb波传感信号；
[0026]图7为本发明实施例一的实例中的损伤监测区域的损伤监测结果；
[0027]图8为本发明实施例一的实例中的整个复合材料结构的损伤成像结果；
[0028]图9为本发明实施例二提供的一种复合材料结构的损伤监测装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0029]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案作进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0030]实施例一
[0031]请参阅图1，为本发明实施例一提供的一种复合材料结构的损伤监测方法的流程示意图。本发明实施例的方法可以由配置以硬件和/或软件实现的复合材料结构的损伤监测装置来执行，该实现装置典型的是部署在复合材料结构的损伤监测系统中，该系统包括:信号采集器、信号发生与采集器、以及布置在被测复合材料结构中的整个压电传感器网络。
[0032]本实施例中以对飞机中的大型复合材料机身壁板进行损伤监测为实例进行说明，但所述大型复合材料机身壁板并不用于限制本实施例的被测复合材料结构。
[0033]为清楚起见，首先结合图2为复合材料机身壁板进行介绍。
[0034]机身壁板尺寸为2500mniX 2300mmX (1.7mm?2.3mm)，圆弧半径为1667mm。该壁板有8个桁条，5个隔框以增强机身壁板的强度。在壁板上布置有320个压电传感器(直径为6.35_，厚度为0.25_)，组成整个压电传感器网络。为了便于后续撞击监测和损伤监测，以壁板左下角为坐标原点，底边和左边所在直线分别为X轴和I轴，建立如图2所示的直角坐标系，并由此确定出各压电传感器的坐标值。
[0035]通过冲击锤向机身壁板施加垂直于壁板表面的冲击力以模拟撞击。冲击锤在施加撞击时可选择三个档位来改变撞击能