一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统的制作方法

本实用新型属于复合材料结构应力监测技术，具体涉及一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统。

背景技术：

目前基于智能结构应力的技术得到大量发展，它通过将传感系统埋入或粘贴在主体复合材料结构中作为神经系统，同时引入信号信息处理技术，使其能够感知和预报结构内部的变形、缺陷、损伤、腐蚀和失效等一系列结构的非健康状态，是一种对材料与结构进行无损评估的新方法。

结构健康监测将把广泛使用的离线、静态、被动的材料与结构的损伤检测，转变为在线、动态、主动的健康状况的监测，从而将大大提高结构的安全性，延长结构寿命，降低结构维护费用。但是像工程结构在长期工作状态下往往处于较恶劣的环境中，必须满足耐久性、稳定性、结构相容性等要求，智能传感材料的出现，如光纤、薄膜类压电材料、形状记忆合金、碳纤维、电阻应变丝、疲劳寿命丝等新的传感器手段在复合材料平面承力结构得到大量的应用，但是这些集成手段会影响复合材料的层间结合强度，影响复合材料的性能。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型的目的是提供一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，实现传感又不会大幅降低复合材料的层间结合力。

为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案：

如图1所示，一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其特征在于所述系统包括：至少一个多维杆传感器组、至少一个信息采集子系统、信息分析子系统和信息显示子系统；所述多维杆传感器组，由多个多维杆传感器组成的传感器阵列，用于感知复合材料结构各部分的受力；所述信息采集子系统包括数据接口和信号处理电路。采集所述多维杆传感器组获得的复合材料结构应力信号，并通过信息处理电路使信号易于传输；所述信息分析子系统用于对上传的数据进行分析处理，过滤杂质信息，获得复合材料结构受力情况，将当前的数据与系统的阈值比较，进行分级判断和健康状况分析。所述信息显示子系统，在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复合材料结构各部位的受力状态。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其中所述多维杆传感器组包括：多个多维杆传感器和导线，如图3所示。所述多维杆传感器一般包括3至8个杆，杆呈空间排布，单个多维传感器上根据测量维数的多少由3至8根接线导线连接。所述的单个杆的材料为压电材料，受拉、受压或受拉压复合载荷会产生信号。所述导线是将单个多维杆传感器连接成一个二维或三维的传感器阵列，三维的传感器示意图见图4。传感器产生的信号由导线传递给信息采集子系统。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其特征在于所述的多维杆传感器组需在复合制造过程中，埋在复合材料结构中。多维传感器组的排列和布置要和复合材料平板结构检测位置相匹配，可以做成梯形、矩形等形状。根据监测结构的形状设置多维传感器组的阵列的形状、行列间布置传感器的数量、行列间传感器的间距，还可以根据监测结构的厚度和传感器大小设置几个传感器组，用以在厚度方向上监测结构的受力。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其中所述信息采集子系统包括：连接电路、信号放大电路、A/D采集转换电路以及电源电路；所述连接电路用于将传感器的信号沿着结构边缘连接到信息处理电路里；所述信号放大电路、A/D采集转换电路分别用于结构应力数据的放大处理、模数转换处理，最终将电信号转变为数字信号。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其中所述信息分 析子系统，针对接收的传感器阵列数据进行分析处理，过滤杂质信息，进行数字分析，获得的实时应力数据，将当前的数据与系统的阈值比较，进行分级判断。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其中所述信息显示子系统，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，以直观形式显示复合材料结构的状态。关键复合材料结构的状态数据由信息分析子系统提供。

上述一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，其中所述直观形式显示，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，还可以在危险时刻，采用语音提醒等有声的警报形式。

有益效果：

复合材料平面承力结构应力实时监测系统集成多维杆传感器阵列，不影响复合材料结构的力学性能。同时集成信息收集子系统、信息分析子系统和信息显示子系统，对复合材料结构的应力数据进行融合、处理和管理。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监测目标的数据，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是本实用新型专利的复合材料平面承力结构应力实时监测系统集成示意图；

图2是六维杆传感器组成图；

图3单层六维杆传感器阵列(轴测图)

图4多层六维杆传感器阵列

图5是三维杆传感器组成图；

图6实施例1传感器布置示意图

图7实施例2桶形件布置图

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

实施例一

如图1所示，一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统，所述系统包括：至少一个多维杆传感器组11、至少一套信息采集子系统12，一套信息分析子系统13和一套信息显示子系统14；所述多维杆传感器组11由多个排成阵列的多维杆传感器组成；所述多维杆传感器，见图1，包括8个杆，杆呈空间直角坐标状排布，单个多维传感器上引出8根接线导线连接；所述的单个杆的材料为PVDF压电材料，受拉、受压或受拉压复合载荷会产生信号。所述导线将单个多维杆传感器连接成一个8x30二维的传感器阵列，见图2；所述传感器阵列的形状做成与机翼传感位置轮廓外形，其间距和排距与复合材料机翼检测部位的尺寸相协调；在复合材料平面承力结构部件的铺设过程中，将多维杆传感器组铺设纤维和树脂上，然后再接着铺纤维和树脂，使多维杆传感器埋在复合材料里面。然后将多维传感器的引线接出来，传感器产生的信号由导线传递给信息采集子系统。所述信息采集子系统12用于采集所述多维杆传感器组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，向信息分析子系统13传输信号；所述电源模块124采用机身电源1231的供电形式，用于多维杆传感器组11和采集子系统12供电；所述信息分析13用于处理分析多维杆传感器组11产生多路应力数据，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子系统；所述信息显示子系统14根据信息分析子系统13提供的数据，将数据在飞机的姿态图上以二维的形式，在飞机机翼上使用绿、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，将该多维杆传感器组监测的应力，在姿态图机翼上的各部位以绿、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，造成复合材料机翼受力过大而发生事故。

实施例二

一种复合材料平面承力结构应力实时监测系统所述系统包括：至少一 个多维杆传感器组11、至少一套电源模块和信息采集子系统处理12，一套信息分析系统13和一套信息显示子系统14；所述多维杆传感器组11由多个排成阵列的多维杆传感器组成，这个多维杆传感器包括3个杆，见图5，杆呈空间直角坐标状排布，单个多维传感器上引出3根接线导线连接，所述的单个杆的材料为压电材料，受拉、受压或受拉压复合载荷会产生信号。所述导线将单个多维杆传感器连接成一个桶形的传感器阵列。所述的桶形阵列周向上布置9个，在纵向上布置10层，见图7；在复合材料桶型件承力结构部件的铺设过程中，将多维杆传感器组铺设纤维和树脂上，然后再接着铺纤维和树脂，使多维杆传感器埋在复合材料里面。然后将多维传感器的引线接出来，传感器产生的信号由导线传递给信息采集子系统。所述信息采集子系统12用于采集所述多维杆传感器组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多维杆传感器组11和传输系统12供电；所述信息分析13用于处理分析应力数据，经滤波后，结合历史数据，采用模式识别的方法，判断当前结构的受力情况，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子系统；所述信息显示子系统14用于在检测仪器上以二维的形式，在飞船监控图的相应部位，根据受力的大小，以渐变色的形式显示提醒和警告。

所述实施例的信息显示子系统，以飞行器为例，在飞行的姿态图上对应位置的显示结构受力状态。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。以渐变色显示复合材料结构的状态，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子系统，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复合材料平板结构的状态。复合材料平板结构的状态数据由信息分析系统提供。

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 多维杆传感器组、不同的电源模块、不同信号收集子系统、不同的信息分析子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。