被动式集成结构健康监测系统

成果编号：21443

价格：面议

完成单位：南京航空航天大学

单位类别：211系统院所

完成时间：2018年

成熟程度：批量生产阶段

服务产业领域：装备制造

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发布人：nuaa_ysf 离线

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基于压电传感器和导波的主动结构健康监测技术具有灵敏度高、监测区域范围大、不依赖于监测对象的力学模型、既适用于复合材料结构也适用于金属材料结构等优点，是众多结构健康监测技术中最具应用前景的技术之一，也是国内外研究重点。基于导波的被动式结构健康监测技术的工作原理是通过获取由于结构遭受撞击产生的冲击响应信号，结合响应的冲击处理与诊断方法，实现冲击源位置、能量及时间历史的诊断与评估。为实现被动式结构健康监测技术的工程应用，项目组在国家自然基金杰出青年基金/重点项目/面上项目、国家863、重点型号技术攻关等国家级重要项目的资助下，研制了系列被动式集成结构健康监测系统并形成产品，包括集成小型化冲击监测系统和微型化数字式冲击区域监测仪。系统可实现金属结构和复合材料结构的冲击在线实时监测与评估。其中，微型化数字式冲击区域监测仪是现有结构健康监测系统中，有关被动式冲击监测系统的颠覆性产品，属世界首创。整套系统集压电传感器阵列密通道冲击响应信号获取、冲击响应信号处理与冲击分析诊断于一体，可配接大规模压电传感器阵列实现大面积、多部位的结构冲击的在线实时监测。

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成果介绍

科技计划：

成果形式：新装备

合作方式：技术开发

参与活动：驻苏高校院所苏北五市产学研合作对接活动第七届中国江苏产学研合作大会

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 0 项
已授权专利,其中:发明专利 9 项

成果简介

成果概况

创新要点

1、首创离散小波去噪与特征数字序列辨识结合的冲击信号数字化处理方法，实现了压电传感器阵列密通道冲击响应信号的微型化、低功耗处理与解析。 2、提出了基于能量加权因子的结构冲击区域定位方法，实现了基于低功耗冲击数字序列的冲击区域准确定位。 3、提出了数字式冲击监测系统组网时的冲击辨识冲突消解方法，实现了大规模监测网络、多结构部位的冲击监测组网。

主要技术指标

1.集成小型化冲击监测系统：（1）系统硬件技术指标  系统通道数：支持32个压电传感器通道，单端输入；  信号输入耦合方式：直流耦合；  输入阻抗：1MΩ；  信号输入范围：-10V~+10V；  信号采集分辨率：16 Bit；  采样频率：10kHz至100kHz多级可调；  板载缓存：17 MB数据存储单元；  硬件工作模式：支持触发模式和实时模式。（2）系统软件技术指标  支持连续在线实时撞击监测；  支持撞击事件发生提示；  支持对撞击载荷、位置的估计和显示；  支持对传感器位置、通道的灵活配置；  支持对撞击能量撞击水平低、中、高的监测；  具备撞击历程数据库查询功能。  支持快速冲击监测工作模式，快速方便实现冲击数据采集；  支持按任务管理的结构冲击监测工作模式，实现结构可视化、冲击区域定位和组网监测；  支持用户对监测过程中产生的所有文件进行统一查询和管理等。  支持数据导出功能，导出数据格式为MAT、TXT和XLS。 2.微型化数字式冲击区域监测仪：（1）系统硬件技术指标  单个监测设备支持16路压电传感器；  系统配备压电传感器网络进行冲击监测；  系统通讯方式为通用总线；  监测设备采用了小型化设计，尺寸仅为50×50×20mm；  监测设备还进行了低功耗相关设计，正常工作时功率小于50mW；  设备稳定可靠，抗干扰能力强，多设备可协同组网监测。（2）系统软件技术指标  系统软件具有可视化的软件界面；  能够实时显示冲击区域定位结果；  可随时查询监测历史数据；  提供数据读取与回放功能；  提供对系统硬件模块的联合检查；  支持按任务管理的结构冲击监测工作模式，实现结构可视化、冲击区域定位和组网监测；  支持用户对监测过程中产生的所有文件进行统一查看和管理等。

其他说明

基于压电传感器和导波的主动结构健康监测技术具有灵敏度高、监测区域范围大、不依赖于监测对象的力学模型、既适用于复合材料结构也适用于金属材料结构等优点，在航空航天、土木、高速铁路、热化工、核能等领域具有广阔的应用前景。项目组研制的被动式集成结构健康监测系统先后被成都飞机设计研究所、中国商飞、中国飞机强度研究所、中国试飞院、中国特种设备研究院、北京航空航天大学、温州大学、沈阳航空航天大学等单位购买和应用。同时，项目组所研制的系统也在国外产生了良好的影响，目前已经与Airbus和瑞士SR Technics建立了合作关系，正在SR Technics开展本系统在Airbus主要机型上的功能演示验证。随着我国重要的复杂机械装备的发展，特别是航空航天领域的发展，对复杂机械结构的健康监测提出了迫切的应用需求。项目组将进一步扩展系统的应用范围，力争在近年内实现系统在航空航天等领域的批量应用。

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