數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統的製作方法

2023-08-04 06:22:01

專利名稱：數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統在結構的所有破壞形式中，疲勞破壞有其突發性，因此是一種極其危險的破壞形式。同時，疲勞強度問題比靜強度複雜得多，而疲勞的理論分析又遠不及靜強度的理論分析成熟，所以飛機結構的疲勞實驗更加重要。目前，飛機的結構試驗主要有全機試驗、全機上的部件試驗、支架上的部件試驗等。其中，前兩項試驗由於具有各部件之間連接真實，傳力真實的優點，有助於發現飛機結構的疲勞薄弱點，確定危險部位；有助於確定各部位的壽命或破損安全特性，從而確定飛機的安全壽命或制定檢查維修條例。但是，在飛機的疲勞實驗中有一個非常關鍵的問題，即載荷譜的設計與實施問題。目前現有的設計及試驗都是採用標準譜進行加載。然而，實際載荷等外界作用是千變萬化的，因此在實驗室裡，不管全機試驗或部件試驗都無法反映每部分的真實受載歷程。正是基於這一原因，即使是最好的壽命預測算法和設計理論也無法保證結構的安全。同時，確定飛機的服役壽命，僅靠預測機群壽命是不夠的，因為群機壽命不能確保各種工況下每架飛機的安全，也不利於挖掘大部飛機的使用潛力，對每架飛機都進行疲勞試驗是耗資巨大也不現實的事情。因此，研究一種可以實時監控單機載荷，及時反映每架飛機的實際損傷狀況的技術是非常必要的。
機械故障診斷技術被用於許多重要機械設備，但因疲勞破壞的複雜性、局部性和突然性，單純的故障診斷技術很難用於疲勞壽命監控。此外一般故障需要的專門設備和信息處理技術不宜廣泛實施。
迄今與此有關的發明創造，有專利申請號為02107835.1的「預測旋轉機器壽命的裝置及其預測和確定維修時間的方法」，主要用來預測旋轉機器的使用壽命預期值。專利號為8710117.1的「切削顫振在線測量儀」，能在線監測製造系統加工狀態，識別切削信號中的周期分量，檢測切削顫振的發生。應用於切削顫振性能的定量評定與切削顫振的檢測。專利號為93114993.2的「一種主軸安裝型扭矩遙測刀柄，」主要是對迴轉刀具磨損，破損情況進行在線監測。專利號為94115452.1「提升機鋼絲繩張力在線檢測裝置，」是在線監測提升機鋼絲繩張力，為提升機安全、合理、經濟運行提供保證。專利號為90106449.1的「管線鋼硫化物應力腐蝕裂開敏感性控測儀」，是一種含硫油氣集輸系統的安全檢測裝置，能測出硫化物應力腐蝕裂開的敏感程度。專利號為「98121336.7的「採用負載預測的系統優化裝置」，是採用負載預測用於系統優化的控制裝置。可見上述現有技術，基本上都是針對某種具體產品的監測技術，專業性較強，各自都存在著一定的局限性，不適用於對大型結構的疲勞損傷及壽命預測進行在線監測和監控。另外，在飛機的疲勞試驗方面，目前更多的研究集中在試驗載荷的優化設計方面，通過某種數學方法對載荷進行優化以減小試驗誤差，或者提出一種新的理論進行疲勞損傷的研究及壽命預測。但由於缺乏實時性，這些都沒有在根本上解決飛機載荷譜的設計和實施問題。另外，在機械領域，儘管可以對某些大型結構進行實時監測，但還沒有一種直觀、簡便的儀器可以真實地反映結構的疲勞操作實行情況，實時在線提供結構的受載情況及其剩餘壽命信息。
本發明的目的就是基於上述技術背景和指導思想，研製一種數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統，以便能夠實時測量飛機或其他機械結構的動力學參數，並實時記錄結構受載的真實歷程，還利用基於三維疲勞斷裂的壽命預測算法，分析並計算出結構的損傷程度，預測結構的剩餘壽命，通過液晶顯示或無線輸出結果，很直觀、方便地掌握結構現有技術狀況，為結構的檢修以及安全保障提供重要的參考信息，而且由於實現了實時監測，所記錄載荷真實的反映了結構的受載情況，可以從根本上解決疲勞試驗載荷譜的可靠性問題。為實現上述目的，本實時監測監控系統由多路傳感器連於微信號放大器的輸入端，微信號放大器輸出端連於由模數轉換器，數據處理器和無線通信模塊所組成的數位訊號處理模塊(DSP)，數位訊號處理模塊還分別連於液晶顯示器和鍵盤模塊，計算機與數位訊號處理模塊通過各自的無線通信模塊的發射天線和接收天線進行信號聯接。
本監測監控系統結合軟體實現。
本監測、監控系統的技術特點是1、實現了對關鍵結構疲勞壽命的在線實時監控，能夠在線實時反映結構的載荷歷程及其對安全壽命狀態的作用，採用的壽命預測算法基於先進的三維疲勞斷裂統一理論，較其它算法具有更高的可信度；2、本系統實現了微型化、數位化，可與結構集成為一體而不影響結構的本身性能，實用性強；3、數據與控制指令可以進行無線傳輸，方便操作。
本系統可以應用於飛機的單機壽命監控，實時提供該機的受載歷程及符合本機實際損傷的真實剩餘壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監控飛機的使用可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機的實際可靠使用期，提高飛機的經濟性。
本系統可以用於大型結構試驗。
本系統還可以廣泛應用於船舶、橋梁、汽車等關鍵結構的技術狀況的監控以及剩餘壽命預測，提高安全可靠性。
圖2的圖(a)、圖(b)是

圖1的具體實施例原理圖。
圖3是本發明的軟體系統程序流程框圖。
圖1中框圖標號名稱1、多路傳感器，2、微信號放大器，3、數位訊號處理模塊，4、液晶顯示器，5、鍵盤模塊，6、無線通信模塊，7、計算機(PC)，8、模數轉換器，9、數據處理器，10、無線通信模塊。
圖2中的圖(a)及圖(b)的符號名稱U11——數據處理器，U12——液晶顯示器，U13——鍵盤模塊，U14——無線發射/接收模塊，U15——存儲器，U16——電壓轉換模塊，U17——微信號放大模塊。
圖3中的框圖名稱見圖3中各方框圖名稱。
本監測監控系統可應用於飛機的單機壽命監控，實時提供該機的受載歷程及符合本機實際損傷的真實剩餘壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監控飛機的使用可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機的實際可靠使用期，提高飛機的經濟性。可以用於大型結構試驗，也可廣泛應用於船舶、橋梁、汽車等關鍵結構和機械設備的技術狀況的監控以及剩餘壽命監測，提高安全可靠性。
權利要求
1.一種數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統，其特徵在於多路傳感器(1)連於微信號放大器(2)輸入端，微信號放大器(2)的輸出端連於數位訊號處理模塊(3)，計算機(7)與無線通信模塊(6)相連，計算機(7)與數位訊號處理模塊(3)通過各自的無線通信模塊的發射天線和接收天線進行信號聯接。
2.依據權利要求1所述的數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統，其特徵在於數位訊號處理模塊(3)由模數轉換器(8)連於數據處理器(9)連於無線通信模塊(10)所組成。
全文摘要
一種涉及數位化微型化大型結構壽命實時監測監控系統，由多路傳感器(1)連於微信號放大器(2)輸入端其輸出端與由模數轉換器(8)，數據處理器(9)，無線通信模塊(10)所組成的數位訊號處理模塊(3)相連。計算機(7)與無線通信模塊(6)相連，計算機(7)與數位訊號處理模塊(3)通過各自的無線通信模塊中的發射天線和接收天線進行信號聯繫。本監測系統可應用於飛機的單機壽命監控，實時提供飛機結構的受載歷程及符合本機實際損傷的真實剩餘壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監控飛機的使用安全可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機的實際可靠使用期，提高飛機的經濟性。可以用於大型結構試驗。本系統還可以廣泛應用於船舶、橋梁、火車、汽車等關鍵結構和機械設備的技術狀況的監控以及剩餘壽命監測，提高安全可靠性。
文檔編號G01M99/00GK1424566SQ0311265
公開日2003年6月18日 申請日期2003年1月10日 優先權日2003年1月10日
發明者敦萬林, 馮謙, 魏民祥, 姜開 申請人:南京航空航天大學