飞机结构疲劳部件的监测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种飞机结构疲劳部件的监测系统。该系统包括：贴装在疲劳部件表面的智能涂层传感器和应变计，智能涂层传感器的个数和应变计的个数根据疲劳部件的监测需求设定；各个智能涂层传感器和各个应变计依次串联；与智能涂层传感器和应变计均相连的测量装置；测量装置为智能涂层传感器和应变计提供电源和恒定电流，以及用于在系统上电后采集智能涂层传感器和应变计各自的电压值，根据采集的电压值识别智能涂层传感器和应变计，根据识别结果记录各个智能涂层传感器和应变计的电压值，并根据记录的电压值生成疲劳部件的监测结果。本发明专利技术能够实现在空间和重量限制下，同时进行应变历程记录和裂纹损伤的监控。

【技术实现步骤摘要】
飞机结构疲劳部件的监测系统
本专利技术涉及裂纹监测领域，具体而言，涉及飞机结构疲劳部件的监测系统。
技术介绍
由于使用环境、使用年限等问题，飞机的各个结构部件在服役期可能会出现裂纹损伤而影响飞行安全。这些损伤都必须在出现前被捕捉和修复，而重要部位的损伤在修理后还必须监控其发展状况。一般地，相关技术在飞机结构关键部位安装应变计，使用常规的应变记录装置记录飞机结构关键部位在使用过程中的应变历程，在疲劳损伤理论的基础上，可以根据记录的应变历程来判断飞机结构关键部位的使用状况。对于特别重要的结构关键部位，除了记录使用过程中的应变历程，还需要使用智能涂层传感器和相对应的记录装置对裂纹损伤进行直接监控，在裂纹损伤的发展初期能够及时报警。由于使用不同的传感器(例如:应变计和智能涂层传感器)，在对目前飞机结构疲劳关键部位进行应变历程记录和损伤监控时，需要使用两种不同的设备和两套测量电缆。在某些特别的重要部位，由于空间和重量的限制，不允许安装两套设备，因此难以同时进行应变历程记录和裂纹损伤的监控。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种飞机结构疲劳部件的监测系统，以解决上述的问题。在本专利技术的实施例中提供了一种飞机结构疲劳部件的监测系统，包括:贴装在疲劳部件表面的智能涂层传感器和应变计，智能涂层传感器的个数和应变计的个数根据疲劳部件的监测需求设定；各个智能涂层传感器和各个应变计依次串联；与智能涂层传感器和应变计均相连的测量装置；测量装置为智能涂层传感器和应变计提供电源和恒定电流，以及用于在系统上电后采集智能涂层传感器和应变计各自的电压值，根据采集的电压值识别智能涂层传感器和应变计，根据识别结果记录各个智能涂层传感器和应变计的电压值，并根据记录的电压值生成疲劳部件的监测结果。本专利技术实施例的上述系统将智能涂层传感器和应变计串联形成电流回路，并通过测量装置采集各个智能涂层传感器和应变计的电压值，可以同时对疲劳部件的应变与裂纹损伤信号进行监测，该方式不需要为智能涂层传感器和应变计各自配置单独的测量装置，因此能够实现在空间和重量限制下，同时进行应变历程记录和裂纹损伤的监控，增强了疲劳部件监测的可靠性，进而提升了飞机的安全性。【附图说明】图1示出了本专利技术实施例提供的飞机结构疲劳部件的监测系统的结构框图；图2示出了本专利技术实施例提供的飞机结构疲劳部件的监测系统的电路示意图；图3示出了本专利技术实施例提供的自适应测量电路的示意图；图4示出了本专利技术实施例提供的压差放大模块的具体电路示意图；图5示出了本专利技术实施例提供的飞机结构疲劳部件的监测系统中传感器的连接示意图。【具体实施方式】下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。本专利技术实施例提供了飞机结构疲劳部件的监测系统，用以实现对结构的应变与裂纹损伤信号同时进行自适应测量，尤其是对军用飞机结构疲劳关键部位同时进行应变历程记录和裂纹损伤监控的测量记录。下面通过实施例进行描述。参见图1所示的飞机结构疲劳部件的监测系统的结构框图，其中包括:贴装在疲劳部件表面的智能涂层传感器和应变计，其中，智能涂层传感器的个数和应变计的个数根据疲劳部件的监测需求设定；各个智能涂层传感器和各个应变计依次串联，图1中以两个智能涂层传感器(即智能涂层传感器12a和智能涂层传感器12b)和两个应变计(即应变计14a和应变计14b)为例进行说明，两个智能涂层传感器和两个应变计只要串联即可，相互间的顺序没有限制；与智能涂层传感器和应变计均相连的测量装置20 ;测量装置20为智能涂层传感器和应变计提供电源和恒定电流，以及用于在系统上电后采集智能涂层传感器和应变计各自的电压值，根据采集的电压值识别智能涂层传感器和应变计，根据识别结果记录各个智能涂层传感器和应变计的电压值，并根据记录的电压值生成疲劳部件的监测结果。本实施例的系统将智能涂层传感器和应变计串联形成电流回路，并通过测量装置采集各个智能涂层传感器和应变计的电压值，可以同时对疲劳部件的应变与裂纹损伤信号进行监测，该方式不需要为智能涂层传感器和应变计各自配置单独的测量装置，因此能够实现在空间和重量限制下，同时进行应变历程记录和裂纹损伤的监控，增强了疲劳部件监测的可靠性，进而提升了飞机的安全性。在具体实现时，上述测量装置20可以包括以下模块:(1)与智能涂层传感器和应变计形成电流回路的恒流源模块和电源提供模块；(2)与每个智能涂层传感器和应变计两端的测量引线相连的压差放大模块，用于根据设置的放大倍数对测量引线间的压差进行放大；[0021 ] (3)每个压差放大模块连接有一个数据采集模块，用于根据设置的采集频率采集压差放大模块输出的数据；其中，该压差放大模块的初始放大倍数为1 ;(4)数据记录模块，用于记录数据采集模块采集的数据；(5)器件识别模块，用于在系统上电后，根据数据记录模块记录的智能涂层传感器和应变计各自的电压值，识别各个智能涂层传感器和应变计；(6)压差放大控制模块，用于根据器件识别模块的识别结果设置压差放大模块的放大倍数和数据采集模块的采集频率。其中，上述压差放大模块可以为两级仪表运算放大器，其内阻大于电阻阈值，即尽量采用内阻较大的仪表运算放大器，以忽略测量引线的电阻。另外，为了测量智能涂层传感器和应变计形成的电流回路的电流是否恒定，上述智能涂层传感器和应变计还串联有一个参考电阻，该参考电阻的两端与测量装置相连，以使测量装置通过采集参考电阻两端的电压来自动消除恒流源模块的电流微小波动对测量精度的影响。基于上述实现方式，如图2所示的飞机结构疲劳部件的监测系统的电路示意图，其中，本专利技术实施例利用应变计和智能涂层传感器从本质上均是电阻的特性，图2中以电阻表示应变计和智能涂层传感器。图2中将应变计和智能涂层传感器串联起来，和测量装置形成电流回路，每个传感器的两端有测量引线和测量装置(即图中的压差放大模块和数据采集模块)相连。图2中虚线部分为压差放大模块，实线方框为数据采集模块。Rg代表应变计电阻的初始阻值，Λ Rg代表应变计电阻的阻值变化值。民代表智能涂层传感器的初始阻值，代表智能涂层传感器的阻值变化值。将若干两种传感器(即应变计和智能涂层传感器)通过一条电流回路串联在一起，回路上由恒流源保持电流恒定，通过测量各传感器上的压降来获取传感器电阻值及其变化量。压差放大模块选用输入电阻较高的仪表运算放大器构成，在高输入阻抗下，可认为测量导线上通过的电流可忽略，即测量导线阻值的变化对测量结果无影响，而由于恒流源的作用，连接各传感器的导线电阻也对测量无影响。为实时采集电流源上的电流，在电流回路中串入一个参考电阻RMf。同时可以看出，将各传感器通过一条电流回路串联在一起后，每个传感器由两根测量导线引入测试系统，与采用三线法的惠斯特电桥相比，每个传感器少用一根导线。设定参考电阻阻值正好与应变计阻值相同，(智能涂层传感器型号较多，且没有统一电阻值，故不适用此方法)，由此得到:Vg-Vref=I ARg ( 1)式(1)中，\为应变计上压降，而VMf为参考电阻上压降。I为测量回路上电流值，为:I=Vref/Rref (2)式(2)中，Rref为已 知，1#可测得。于是，式(1)可化为:^ 务 ΚΙ:,—。Rg(4)AR V-VrefΚε = ~[ = j——iRg 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种飞机结构疲劳部件的监测系统，其特征在于，包括：贴装在疲劳部件表面的智能涂层传感器和应变计，所述智能涂层传感器的个数和所述应变计的个数根据所述疲劳部件的监测需求设定；各个所述智能涂层传感器和各个所述应变计依次串联；与所述智能涂层传感器和所述应变计均相连的测量装置；所述测量装置为所述智能涂层传感器和所述应变计提供电源和恒定电流，以及用于在所述系统上电后采集所述智能涂层传感器和所述应变计各自的电压值，根据采集的所述电压值识别所述智能涂层传感器和所述应变计，根据识别结果记录各个所述智能涂层传感器和所述应变计的电压值，并根据记录的所述电压值生成所述疲劳部件的监测结果。

【技术特征摘要】
1.一种飞机结构疲劳部件的监测系统，其特征在于，包括:贴装在疲劳部件表面的智能涂层传感器和应变计，所述智能涂层传感器的个数和所述应变计的个数根据所述疲劳部件的监测需求设定；各个所述智能涂层传感器和各个所述应变计依次串联；与所述智能涂层传感器和所述应变计均相连的测量装置；所述测量装置为所述智能涂层传感器和所述应变计提供电源和恒定电流，以及用于在所述系统上电后采集所述智能涂层传感器和所述应变计各自的电压值，根据采集的所述电压值识别所述智能涂层传感器和所述应变计，根据识别结果记录各个所述智能涂层传感器和所述应变计的电压值，并根据记录的所述电压值生成所述疲劳部件的监测结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量装置包括:与所述智能涂层传感器和所述应变计形成电流回路的恒流源模块和电源提供模块；与每个所述智能涂层传感器和所述应变计两端的测量引线相连的压差放大模块，用于根据设置的放大倍数对所述测量引线间的压差进行放大；每个所述压差放大模块连接有一个数据采集模块，用于根据设置的采集频率采集所述压差放大模块输出的数据；其中，所述压差放大模块的初始放大倍数为1 ;数据记录模块，用于记录所述数据采集模块采集的数据；...

【专利技术属性】
技术研发人员：张移山，王智，蔡佳昆，王磊，薛军，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军装备研究院航空装备研究所，
类型：发明
国别省市：