專利名稱：數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)的所有破壞形式中，疲勞破壞有其突發(fā)性，因此是一種極其危險的破壞形式。同時，疲勞強(qiáng)度問題比靜強(qiáng)度復(fù)雜得多，而疲勞的理論分析又遠(yuǎn)不及靜強(qiáng)度的理論分析成熟，所以飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞實驗更加重要。目前，飛機(jī)的結(jié)構(gòu)試驗主要有全機(jī)試驗、全機(jī)上的部件試驗、支架上的部件試驗等。其中，前兩項試驗由于具有各部件之間連接真實，傳力真實的優(yōu)點，有助于發(fā)現(xiàn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的疲勞薄弱點，確定危險部位；有助于確定各部位的壽命或破損安全特性，從而確定飛機(jī)的安全壽命或制定檢查維修條例。但是，在飛機(jī)的疲勞實驗中有一個非常關(guān)鍵的問題，即載荷譜的設(shè)計與實施問題。目前現(xiàn)有的設(shè)計及試驗都是采用標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行加載。然而，實際載荷等外界作用是千變?nèi)f化的，因此在實驗室里，不管全機(jī)試驗或部件試驗都無法反映每部分的真實受載歷程。正是基于這一原因，即使是最好的壽命預(yù)測算法和設(shè)計理論也無法保證結(jié)構(gòu)的安全。同時，確定飛機(jī)的服役壽命，僅靠預(yù)測機(jī)群壽命是不夠的，因為群機(jī)壽命不能確保各種工況下每架飛機(jī)的安全，也不利于挖掘大部飛機(jī)的使用潛力，對每架飛機(jī)都進(jìn)行疲勞試驗是耗資巨大也不現(xiàn)實的事情。因此，研究一種可以實時監(jiān)控單機(jī)載荷，及時反映每架飛機(jī)的實際損傷狀況的技術(shù)是非常必要的。
機(jī)械故障診斷技術(shù)被用于許多重要機(jī)械設(shè)備，但因疲勞破壞的復(fù)雜性、局部性和突然性，單純的故障診斷技術(shù)很難用于疲勞壽命監(jiān)控。此外一般故障需要的專門設(shè)備和信息處理技術(shù)不宜廣泛實施。
迄今與此有關(guān)的發(fā)明創(chuàng)造，有專利申請?zhí)枮?2107835.1的“預(yù)測旋轉(zhuǎn)機(jī)器壽命的裝置及其預(yù)測和確定維修時間的方法”，主要用來預(yù)測旋轉(zhuǎn)機(jī)器的使用壽命預(yù)期值。專利號為8710117.1的“切削顫振在線測量儀”，能在線監(jiān)測制造系統(tǒng)加工狀態(tài)，識別切削信號中的周期分量，檢測切削顫振的發(fā)生。應(yīng)用于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，”主要是對回轉(zhuǎn)刀具磨損，破損情況進(jìn)行在線監(jiān)測。專利號為94115452.1“提升機(jī)鋼絲繩張力在線檢測裝置，”是在線監(jiān)測提升機(jī)鋼絲繩張力，為提升機(jī)安全、合理、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供保證。專利號為90106449.1的“管線鋼硫化物應(yīng)力腐蝕裂開敏感性控測儀”，是一種含硫油氣集輸系統(tǒng)的安全檢測裝置，能測出硫化物應(yīng)力腐蝕裂開的敏感程度。專利號為“98121336.7的“采用負(fù)載預(yù)測的系統(tǒng)優(yōu)化裝置”，是采用負(fù)載預(yù)測用于系統(tǒng)優(yōu)化的控制裝置。可見上述現(xiàn)有技術(shù)，基本上都是針對某種具體產(chǎn)品的監(jiān)測技術(shù)，專業(yè)性較強(qiáng)，各自都存在著一定的局限性，不適用于對大型結(jié)構(gòu)的疲勞損傷及壽命預(yù)測進(jìn)行在線監(jiān)測和監(jiān)控。另外，在飛機(jī)的疲勞試驗方面，目前更多的研究集中在試驗載荷的優(yōu)化設(shè)計方面，通過某種數(shù)學(xué)方法對載荷進(jìn)行優(yōu)化以減小試驗誤差，或者提出一種新的理論進(jìn)行疲勞損傷的研究及壽命預(yù)測。但由于缺乏實時性，這些都沒有在根本上解決飛機(jī)載荷譜的設(shè)計和實施問題。另外，在機(jī)械領(lǐng)域，盡管可以對某些大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行實時監(jiān)測，但還沒有一種直觀、簡便的儀器可以真實地反映結(jié)構(gòu)的疲勞操作實行情況，實時在線提供結(jié)構(gòu)的受載情況及其剩余壽命信息。
本發(fā)明的目的就是基于上述技術(shù)背景和指導(dǎo)思想，研制一種數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，以便能夠?qū)崟r測量飛機(jī)或其他機(jī)械結(jié)構(gòu)的動力學(xué)參數(shù)，并實時記錄結(jié)構(gòu)受載的真實歷程，還利用基于三維疲勞斷裂的壽命預(yù)測算法，分析并計算出結(jié)構(gòu)的損傷程度，預(yù)測結(jié)構(gòu)的剩余壽命，通過液晶顯示或無線輸出結(jié)果，很直觀、方便地掌握結(jié)構(gòu)現(xiàn)有技術(shù)狀況，為結(jié)構(gòu)的檢修以及安全保障提供重要的參考信息，而且由于實現(xiàn)了實時監(jiān)測，所記錄載荷真實的反映了結(jié)構(gòu)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(xiàn)上述目的，本實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)由多路傳感器連于微信號放大器的輸入端，微信號放大器輸出端連于由模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)處理器和無線通信模塊所組成的數(shù)字信號處理模塊(DSP)，數(shù)字信號處理模塊還分別連于液晶顯示器和鍵盤模塊，計算機(jī)與數(shù)字信號處理模塊通過各自的無線通信模塊的發(fā)射天線和接收天線進(jìn)行信號聯(lián)接。
本監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合軟件實現(xiàn)。
本監(jiān)測、監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)特點是1、實現(xiàn)了對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)疲勞壽命的在線實時監(jiān)控，能夠在線實時反映結(jié)構(gòu)的載荷歷程及其對安全壽命狀態(tài)的作用，采用的壽命預(yù)測算法基于先進(jìn)的三維疲勞斷裂統(tǒng)一理論，較其它算法具有更高的可信度；2、本系統(tǒng)實現(xiàn)了微型化、數(shù)字化，可與結(jié)構(gòu)集成為一體而不影響結(jié)構(gòu)的本身性能，實用性強(qiáng)；3、數(shù)據(jù)與控制指令可以進(jìn)行無線傳輸，方便操作。
本系統(tǒng)可以應(yīng)用于飛機(jī)的單機(jī)壽命監(jiān)控，實時提供該機(jī)的受載歷程及符合本機(jī)實際損傷的真實剩余壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監(jiān)控飛機(jī)的使用可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機(jī)的實際可靠使用期，提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。
本系統(tǒng)可以用于大型結(jié)構(gòu)試驗。
本系統(tǒng)還可以廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁、汽車等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)的技術(shù)狀況的監(jiān)控以及剩余壽命預(yù)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(fā)明的軟件系統(tǒng)程序流程框圖。
圖1中框圖標(biāo)號名稱1、多路傳感器，2、微信號放大器，3、數(shù)字信號處理模塊，4、液晶顯示器，5、鍵盤模塊，6、無線通信模塊，7、計算機(jī)(PC)，8、模數(shù)轉(zhuǎn)換器，9、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理器，U12——液晶顯示器，U13——鍵盤模塊，U14——無線發(fā)射/接收模塊，U15——存儲器，U16——電壓轉(zhuǎn)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(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)可應(yīng)用于飛機(jī)的單機(jī)壽命監(jiān)控，實時提供該機(jī)的受載歷程及符合本機(jī)實際損傷的真實剩余壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監(jiān)控飛機(jī)的使用可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機(jī)的實際可靠使用期，提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性?？梢杂糜诖笮徒Y(jié)構(gòu)試驗，也可廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁、汽車等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備的技術(shù)狀況的監(jiān)控以及剩余壽命監(jiān)測，提高安全可靠性。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于多路傳感器(1)連于微信號放大器(2)輸入端，微信號放大器(2)的輸出端連于數(shù)字信號處理模塊(3)，計算機(jī)(7)與無線通信模塊(6)相連，計算機(jī)(7)與數(shù)字信號處理模塊(3)通過各自的無線通信模塊的發(fā)射天線和接收天線進(jìn)行信號聯(lián)接。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字信號處理模塊(3)由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)連于數(shù)據(jù)處理器(9)連于無線通信模塊(10)所組成。
全文摘要
一種涉及數(shù)字化微型化大型結(jié)構(gòu)壽命實時監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，由多路傳感器(1)連于微信號放大器(2)輸入端其輸出端與由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(8)，數(shù)據(jù)處理器(9)，無線通信模塊(10)所組成的數(shù)字信號處理模塊(3)相連。計算機(jī)(7)與無線通信模塊(6)相連，計算機(jī)(7)與數(shù)字信號處理模塊(3)通過各自的無線通信模塊中的發(fā)射天線和接收天線進(jìn)行信號聯(lián)系。本監(jiān)測系統(tǒng)可應(yīng)用于飛機(jī)的單機(jī)壽命監(jiān)控，實時提供飛機(jī)結(jié)構(gòu)的受載歷程及符合本機(jī)實際損傷的真實剩余壽命，確定新的檢修期，實行按需檢修，增加監(jiān)控飛機(jī)的使用安全可靠性，確保在相同安全度的條件下，延長飛機(jī)的實際可靠使用期，提高飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性?？梢杂糜诖笮徒Y(jié)構(gòu)試驗。本系統(tǒng)還可以廣泛應(yīng)用于船舶、橋梁、火車、汽車等關(guān)鍵結(jié)構(gòu)和機(jī)械設(shè)備的技術(shù)狀況的監(jiān)控以及剩余壽命監(jiān)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(yōu)先權(quán)日2003年1月10日
發(fā)明者敦萬林, 馮謙, 魏民祥, 姜開 申請人:南京航空航天大學(xué)