无串扰导波监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种无串扰导波监测系统，可以应用于监测结构故障高发区域即热点区域健康状态的导波信号，该系统通过设置单独的激励导波模块和隔离信号激励地和接收地来消除共模阻抗的耦合干扰，然后通过对接收模块加装屏蔽罩的方法消除了空间电磁场的耦合干扰，从而在根本上去除了串扰信号的作用条件，实现了系统对结构热点区域的无盲区监测；同时，系统能够实现激励通道和接收通道的多通道切换，可以完成对单一结构或多结构上的多热点区域同步监测。监测。监测。

【技术实现步骤摘要】
无串扰导波监测系统


[0001]本专利技术涉及一种导波监测系统，尤其涉及基于导波和压电传感器技术的结构健康监测系统。

技术介绍

[0002]基于超声导波的结构健康监测可以实现结构在线状态诊断，维护空天飞行器服役安全性。受到湿热环境、振动噪声以及疲劳载荷影响，空天飞行器热点区域(例如焊接面、螺栓连接处、胶接连接区域等)故障发生概率较高，需要进行实时在线监测。然而，空天飞行器热点区域结构形式复杂、监测区域受限，且导波经过此区域信号衰减较大，需要近距离、高密度的压电传感器布设，现有的导波监测硬件系统采用激励与接收单元一体的压电传感器单元，由于存在串扰现象无法满足实际工程应用需求。

技术实现思路

[0003]本申请的目的之一在于克服现有技术中的不足之处，提供一种系统以实现导波信号的无串扰激励接收，消除传统导波设备的故障识别盲区，从而实现对结构热点区域的有效健康监测。
[0004]为此，本申请的一些实施例提供了一种无串扰导波监测系统，包括导波信号激励模块，被配置为产生激励导波信号；导波激励传感器阵列，与所述导波信号激励模块可操作地连接，被配置为接收所述激励导波信号并基于所述激励导波信号产生激励信号；导波接收传感器阵列，被配置为接收所述激励信号的回波信号；导波信号接收模块，与所述导波接收传感器阵列可操作地连接，被配置为对所述回波信号进行同步的采集；其中，所述导波信号激励模块通过第一隔离通信单元与主控模块可操作地连接被所述主控模块控制产生所述激励导波信号；所述导波信号接收模块通过第二隔离通信单元与所述主控模块可操作地连接，被所述主控模块控制对所述回波信号进行同步的采集。
[0005]在一些实施例中，所述无串扰导波监测系统具有统一的内部地平面，所述主控模块位于第一内部地平面部分，所述导波信号激励模块位于第二内部地平面部分、所述导波信号接收模块位于第三内部地平面部分，所述第一内部地平面部分、所述第二内部地平面部分、以及第三内部地平面部分没有直接电气连接。
[0006]在一些实施例中，所述主控模块所在的所述第一内部地平面部分具有为主控地GND、所述导波信号激励模块所在的所述第二内部地平面部分具有激励地SGND、所述导波信号接收模块所在的所述第三内部地平面部分具有接收地RGND，所述主控地GND、激励地SGND、接收地RGND相互隔离。
[0007]在一些实施例中，在所述导波信号接收模块外部安装有屏蔽罩，和印制电路板内电层的接收地RGND构成一个完整的屏蔽空间，用于隔绝导波信号发射模块的空间电磁场的辐射作用。
[0008]在一些实施例中，所述无串扰导波监测系统还包括供电模块；所述导波信号激励
模块包括第一供电单元，所述第一供电单元通过第一隔离供电单元与供电模块；所述导波信号接收模块包括第二供电单元，所述第二供电单元通过第二隔离供电单元与供电模块。
[0009]在一些实施例中，所述供电模块是220V交流供电模块或直流供电模块。
[0010]在一些实施例中，所述第一隔离通信单元包括第一输入缓冲器、第一隔离电容、和第一输出缓冲器，所述第一输入缓冲器被配置为将逻辑控制信号转换为高频交流信号，所述第一隔离电容被配置为将所述高频交流信号耦合至所述第一隔离通信单元的输出端，所述第一输出缓冲器被配置为将所述高频交流信号还原为逻辑控制信号，从而实现逻辑控制信号的跨地平面隔离传输，所述第一输入缓冲器的输入地GNDI与所述第一输出缓冲器的输出地GNDO隔离。
[0011]在一些实施例中，所述第二隔离通信单元包括第二输入缓冲器、第二隔离电容、和第二输出缓冲器，所述第二输入缓冲器被配置为将逻辑控制信号转换为高频交流信号，所述第二隔离电容被配置为将所述高频交流信号耦合至所述第二隔离通信单元的输出端，所述第二输出缓冲器被配置为将所述高频交流信号还原为逻辑控制信号，从而实现逻辑控制信号的跨地平面隔离传输，所述第二输入缓冲器的输入地GNDI与所述第二输出缓冲器的输出地GNDO隔离。
[0012]在一些实施例中，所述第一隔离供电单元包括第一PWM控制器、第一功率开关、第一变压器、第一整流滤波电路、第一采样和比较电路和第一隔离反馈电路，所述第一PWM控制器被配置为控制所述第一功率开关在所述第一隔离供电单元的电源输入端产生第一交流电流，所述第一变压器被配置为将所述第一交流电流耦合到所述第一隔离供电单元的输出端经过所述第一整流滤波电路变换为第一直流供电，所述第一整流滤波电路的输出端由所述第一采样和比较电路采样所述第一直流供电的输出电压并和第一基准电压进行比较得到第一差异量，所述第一隔离反馈电路被配置为将所述第一差异量传输给所述第一PWM控制器形成闭环控制所述第一隔离供电单元的输出端稳定供电。
[0013]在一些实施例中，所述第二隔离供电单元包括第二PWM控制器、第二功率开关、第二变压器、第二整流滤波电路、第二采样和比较电路和第二隔离反馈电路，所述第二PWM控制器被配置为控制所述第二功率开关在电源输入端产生第二交流电流，所述第二变压器被配置为将所述第二交流电流耦合到输出端经过所述第二整流滤波电路变换为第二直流供电，所述第二整流滤波电路的输出端由所述第二采样和比较电路采样所述第二直流供电的输出电压并和第二基准电压比较得到第二差异量，所述第二隔离反馈电路被配置为将所述第二差异量传输给所述第二PWM控制器形成闭环控制所述第二隔离供电单元的输出端稳定供电。
[0014]在一些实施例中，所述导波信号激励模块包括导波信号发生单元、功率放大单元、第一通道切换控制单元以及第一继电器通道切换矩阵；所述导波信号发生单元经由所述第一隔离通信单元从所述主控模块接收所述激励导波信号从而产生所述激励导波，所述功率放大单元被配置为将所述激励导波进行放大后送至所述第一继电器通道切换矩阵，所述第一通道切换控制单元被配置为从所述经由所述第一隔离通信单元从所述主控模块接收第一通道选择控制信号从而将所述激励导波通过所述第一继电器通道切换矩阵中选定的通道传送至与其可操作地连接的导波激励传感器阵列。
[0015]在一些实施例中，所述导波信号接收模块包括信号缓冲调理单元、信号采集单元
和第二通道切换控制单元，以及第二继电器通道切换矩阵，所述第二继电器通道切换矩阵与所述导波接收传感器阵列可操作地连接以接收回波信号，所述第二通道切换控制单元被配置为从所述经由所述第二隔离通信单元从所述主控模块接收第二通道选择控制信号从而将所述回波信号通过所述第二继电器通道切换矩阵中选定的通道传送至所述信号缓冲调理单元，所述信号采集单元与所述信号缓冲调理单元可操作地连接，用于根据经由所述第二隔离通信单元传输的来自所述主控模块的采集控制信号对所述回波信号进行采集。
[0016]本申请的实施例的无串扰导波监测硬件系统的有益效果包括但不限于：(1)能够消除导波激励对导波接收的串扰信号，消除导波监测盲区。(2)能够与上位机通信完成各种参数配置和数据处理，应用范围广。(3)可以激励压电传感器并实现多通道的任一通道快速选通激发。(4)可以接收采集压电传感器信号并实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无串扰导波监测系统，其特征在于：包括导波信号激励模块，被配置为产生激励导波信号；导波激励传感器阵列，与所述导波信号激励模块可操作地连接，被配置为接收所述激励导波信号并基于所述激励导波信号产生激励信号；导波接收传感器阵列，被配置为接收所述激励信号的回波信号；导波信号接收模块，与所述导波接收传感器阵列可操作地连接，被配置为对所述回波信号进行同步的采集；其中，所述导波信号激励模块通过第一隔离通信单元与主控模块可操作地连接被所述主控模块控制产生所述激励导波信号；所述导波信号接收模块通过第二隔离通信单元与所述主控模块可操作地连接，被所述主控模块控制对所述回波信号进行同步的采集。2.根据权利要求1所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：所述无串扰导波监测系统具有统一的内部地平面，所述主控模块位于第一内部地平面部分，所述导波信号激励模块位于第二内部地平面部分、所述导波信号接收模块位于第三内部地平面部分，所述第一内部地平面部分、所述第二内部地平面部分、以及第三内部地平面部分没有直接电气连接。3.根据权利要求2所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：所述主控模块所在的所述第一内部地平面部分具有为主控地GND、所述导波信号激励模块所在的所述第二内部地平面部分具有激励地SGND、所述导波信号接收模块所在的所述第三内部地平面部分具有接收地RGND，所述主控地GND、激励地SGND、接收地RGND相互隔离。4.根据权利要求2所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：在所述导波信号接收模块外部安装有屏蔽罩，和印制电路板内电层的接收地RGND构成一个完整的屏蔽空间，用于隔绝导波信号发射模块的空间电磁场的辐射作用。5.根据权利要求1所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：所述无串扰导波监测系统还包括供电模块；所述导波信号激励模块包括第一供电单元，所述第一供电单元通过第一隔离供电单元与供电模块；所述导波信号接收模块包括第二供电单元，所述第二供电单元通过第二隔离供电单元与供电模块。6.根据权利要求5所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：所述供电模块是交流供电模块或直流供电模块。7.根据权利要求1所述的无串扰导波监测系统，其特征在于：所述第一隔离通信单元包括第一输入缓冲器、第一隔离电容、和第一输出缓冲器，所述第一输入缓冲器被配置为将逻辑控制信号转换为高频交流信号，所述第一隔离电容被配置为将所述高频交流信号耦合至所述第一隔离通信单元的输出端，所述第一输出缓冲器被配置为将所述高频交流信号还原为逻辑控制信号，从而实现逻辑控制信号的跨地平面隔离传输，所述第一输入缓冲器的输入地GNDI与所述第一输出缓冲器的输出地GNDO隔离；和/或所述第二隔离通信单元包括第二输入缓冲器、第二隔离电容、和第二输出缓冲器，所述第二输入缓冲器被配置为将逻辑控制信号转换为高频交流信号，所述第二隔离电容被配置为将所述高频交流信号耦合至所述第二隔离通信单元的输出端，所述第二输出缓冲器被配置为将所述高频交...

【专利技术属性】
技术研发人员：武湛君，马书义，杨正岩，马阳，杨雷，杨红娟，张佳奇，马济通，
申请(专利权)人：大连君晟科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：