一种压电传感器网络及其结构健康监测方法技术

本发明专利技术公开一种压电传感器网络及其结构健康监测方法，涉及航空航天智能结构技术领域。本发明专利技术的一种压电传感器网络，包括：多个第一传输通道安装在第一方向上，所述多个第一传输通道并联设置；多个第二传输通道安装在第二方向上，所述多个第二传输通道并联设置；所述多个第一传输通道和所述多个第二传输通道相互交错设置；多个压电传感器安装在所述第一传输通道与所述第二传输通道的交错点上。本发明专利技术通过交错式压电传感器网络结构健康监测方法，解决了现有压电传感网络引线数目多、监测系统通道数目多、复杂度高、功耗大、可靠性低的问题。

A piezoelectric sensor network and its structural health monitoring method

The invention discloses a piezoelectric sensor network and a structure health monitoring method thereof, which relates to the technical field of aerospace intelligent structure. A piezoelectric sensor network of the invention includes: a plurality of first transmission channels are installed in the first direction, and the plurality of first transmission channels are set in parallel; a plurality of second transmission channels are installed in the second direction, and the plurality of second transmission channels are set in parallel; the plurality of first transmission channels and the plurality of second transmission channels are staggered with each other; a plurality of piezoelectric sensors It is installed on the interleaving point of the first transmission channel and the second transmission channel. The invention solves the problems of a plurality of existing piezoelectric sensor network leads, a plurality of monitoring system channels, a high complexity, a large power consumption and a low reliability through a health monitoring method of staggered piezoelectric sensor network structure.

【技术实现步骤摘要】
一种压电传感器网络及其结构健康监测方法
本专利技术属于航空航天
，尤其是涉及一种航空航天智能结构
，特别是涉及一种压电传感器网络及其结构健康监测方法。
技术介绍
飞行器智能蒙皮技术能够实现蒙皮结构的自诊断、自适应、自学习和自修复等功能，对于结构的健康监测与诊断是飞行器智能蒙皮的核心功能之一。外部物体的冲击，极易造成飞行器复合材料结构受损，对结构的整体破坏和失效形成潜在的威胁，因此需要开展对飞行器复合材料结构的大面积冲击和损伤监测。为了实现大面积的冲击和损伤监测，需使用大量压电传感器，对于传统的压电传感器网络来说，网络中每个独立的压电传感器的信号都需要被采集和处理，这不可避免带来大量的引线，也使得监测系统需要非常多的通道来支持大面积压电传感器网络，这样会导致监测系统需要的通道数目增加，监测系统的体积、重量和功耗增大，可靠性降低。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种压电传感器网络及其结构健康监测方法，通过在交错式压电传感器网络结构中，进行损伤区域定位和冲击区域定位，解决现有压电传感网络引线数目多、监测系统通道数目多、复杂度高、功耗大、可靠性低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供一种压电传感器网络，其包括：多个第一传输通道安装在第一方向上，所述多个第一传输通道并联设置；多个第二传输通道安装在第二方向上，所述多个第二传输通道并联设置；所述多个第一传输通道和所述多个第二传输通道相互交错设置；多个压电传感器安装在所述第一传输通道与所述第二传输通道的交错点上。在本专利技术的一个实施例中，所述压电传感器网络结构包括：在所述第一方向上，所述多个压电传感器的正极相互连接；在所述第二方向上，所述多个压电传感器的负极相互连接。本专利技术还提供一种压电传感器网络结构健康监测方法，其至少包括：损伤区域定位，所述损伤区域定位的方法包括以下步骤：通过设置在压电传感器网络交错点上的压电传感器，分别获取基准信号和监测信号；依据所述基准信号和所述监测信号，分别获取所述压电传感器网路的第一方向上和第二方向上的损伤区域边界；依据所述损伤区域边界，获取所述压电传感器网路中的损伤区域定位。在本专利技术的一个实施例中，所述结构健康监测方法还包括：依据所述基准信号和所述监测信号，获取第一损伤因子和第二损伤因子。在本专利技术的一个实施例中，所述压电传感器网络结构健康监测方法还包括：依据所述第一损伤因子确定的两条所述第一传输通道和所述第二损伤因子确定的两条所述第二传输通道，获取所述压电传感器网路的所述损伤区域边界。在本专利技术的一个实施例中，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek1为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器的差信号能量值，T为采样总时间，HSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在健康状态下采集的所述基准信号，DSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在监测状态下采集的所述监测信号，t为具体采样时刻。在本专利技术的一个实施例中，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek2为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器的频谱幅度差，ω1为频域下限，ωN为频域上限，HSk(ω)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在健康状态下采集的所述基准信号的频谱，DSk(ω)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在监测状态下采集的所述监测信号的频谱，ω为频率。在本专利技术的一个实施例中，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek3为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器的互相关因子，T为所述采样总时间，HSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在健康状态下采集的所述基准信号，DSk(t)为所述压电传感器网络中第k个压电传感器在监测状态下采集的所述监测信号，t为所述具体采样时刻。在本专利技术的一个实施例中，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek4为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器的归一化互相关矩，T为所述采样总时间，τ为延迟因子，rxx(τ)为所述基准信号的自相关函数，t为所述具体采样时刻，rxy(τ)为所述基准信号和所述监测信号的互相关函数，HSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在健康状态下采集的所述基准信号，DSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在监测状态下采集的所述监测信号。在本专利技术的一个实施例中，所述压电传感器网络结构健康监测方法还包括：冲击区域定位，所述冲击区域定位的方法包括以下步骤：在所述压电传感器网络中，获取冲击响应信号；依据所述冲击响应信号，获取第一方向上的第一上升沿位置和第二上升沿位置；依据所述第一上升沿位置和所述第二上升沿位置，获取所述压电传感器网络中第一方向上的第一冲击区域边界；依据所述冲击响应信号，获取第二方向上的第三上升沿位置和第四上升沿位置；依据所述第三上升沿位置和所述第四上升沿位置，获取所述压电传感器网络中第二方向上的第二冲击区域边界；依据所述第一冲击区域边界和第二冲击区域边界，获取所述压电传感器网路中的所述冲击区域定位。本专利技术通过交错式压电传感器网络结构健康监测方法，可以实现大面积轻量化的具有冲击监测和损伤监测功能的飞行器智能蒙皮，解决了现有监测系统通道数目多、复杂度高、功耗大、可靠性低的问题。压电传感器正、负极分别相互连接的设置可以简化压电传感器的引线数目。通过基准信号和监测信号计算损伤因子。冲击区域定位可以直接判定受冲击区域方位。在实际应用中可以根据实际需求选择损伤区域定位的压电传感器网络结构健康监测方法或是冲击区域定位的压电传感器网络结构健康监测方法。在实际应用中可以根据采集信号值的不同选用合适的损伤因子计算方法，减少实际的计算量，更有效的提高工作效率。当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术中一种压电传感器网络结构示意图；图2为本专利技术中一种压电传感器网络结构健康监测方法中损伤监测结构示意图；图3为图2中损伤监测结构中不同通道采集到的基准信号和监测信号的波形图；图4为图2中损伤监测时不同通道采集到的另一种基准信号和监测信号的波形图；图5为图2中损伤监测时不同通道采集到的另一种基准信号和监测信号的波形图；图6为图2中损伤监测时不同通道采集到的另一种基准信号和监测信号的波形图；图7为图2中损伤监测时不同通道采集到的另一种基准信号和监测信号的波形图；图8为图2中损伤监测时不同通道采集到的另一种基准信号和监测信号的波形图；图9为图3-8中基准信号和监测信号计算的相应损伤因子条形图；图10为本专利技术中一种压电传感器网络结构健康监测方法中冲击监测结构示意图；图11为图10中冲击监测结构中不同通道采集并数字化的冲击响应信号的波形图；图12为损伤区域定位方法流程图；图13为冲击区域定位方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种压电传感器网络，其特征在于，其包括：多个第一传输通道安装在第一方向上，所述多个第一传输通道并联设置；多个第二传输通道安装在第二方向上，所述多个第二传输通道并联设置；所述多个第一传输通道和所述多个第二传输通道相互交错设置；多个压电传感器安装在所述第一传输通道与所述第二传输通道的交错点上。

【技术特征摘要】
1.一种压电传感器网络，其特征在于，其包括：多个第一传输通道安装在第一方向上，所述多个第一传输通道并联设置；多个第二传输通道安装在第二方向上，所述多个第二传输通道并联设置；所述多个第一传输通道和所述多个第二传输通道相互交错设置；多个压电传感器安装在所述第一传输通道与所述第二传输通道的交错点上。2.根据权利要求1所述一种压电传感器网络，其特征在于，在所述第一方向上，所述多个压电传感器的正极相互连接；在所述第二方向上，所述多个压电传感器的负极相互连接。3.一种压电传感器网络结构健康监测方法，采用如权利要求1-2中任一项所述压电传感器网络，其特征在于，其至少包括：损伤区域定位，所述损伤区域定位的方法包括以下步骤：通过设置在压电传感器网络交错点上的压电传感器，分别获取基准信号和监测信号；依据所述基准信号和所述监测信号，分别获取所述压电传感器网路的第一方向上和第二方向上的损伤区域边界；依据所述损伤区域边界，获取所述压电传感器网路中的损伤区域定位。4.根据权利要求3所述一种压电传感器网络结构健康监测方法，其特征在于，所述压电传感器网络结构健康监测方法还包括：依据所述基准信号和所述监测信号，获取第一损伤因子和第二损伤因子。5.根据权利要求4所述一种压电传感器网络结构健康监测方法，其特征在于，所述结构健康监测方法还包括：依据所述第一损伤因子确定的两条所述第一传输通道和所述第二损伤因子确定的两条所述第二传输通道，获取所述压电传感器网路的所述损伤区域边界。6.根据权利要求4所述一种压电传感器网络结构健康监测方法，其特征在于，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek1为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器的差信号能量值，T为采样总时间，HSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在健康状态下采集的所述基准信号，DSk(t)为所述压电传感器网络中第k个所述压电传感器在监测状态下采集的所述监测信号，t为具体采样时刻。7.根据权利要求4所述一种压电传感器网络结构健康监测方法，其特征在于，所述损伤因子依据以下公式获取：其中，Ek2为所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱雷，汪玉，袁慎芳，邓晓磊，任元强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32