技术入股

未申请专利

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、既能主动损伤监测又能被动冲击监测等优点，是众多结构健康监测技术中最具应用前景的技术之一，也是国内外研究和应用的重点。 团队在国家自然基金杰出青年基金/重点项目/面上项目、国防973、国家863、国防基础、工信部民机专项、重点型号技术攻关等国家级重要项目的资助下，研制了系列基于压电传感器和导波的集成结构健康监测系统和柔性压电智能夹层传感器阵列，并形成产品，主要包括： 1.导波集成主控结构健康监测系统 该系统包括工控型、便携型、机载小型化型等系列型号。系统可实现金属结构和复合材料结构的损伤监测及分析评估，是世界上首套全集成式系统。整套系统集高频高功率导波主动激励、高速低噪声导波信号采集、压电传感器阵列多通道轮询扫查、结构状态信号分析、损伤特征参数提取及评估等多种功能于一体，可配接大规模压电传感器阵列实现大面积、多部位的结构主动健康监测扫查，能够在线或者离线的提供结构健康状态的变化信息，是一款既适合工业现场应用又适合科学研究的高度集成化的结构健康监测系统。 2.被动式集成结构健康监测系统 该系统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两个型号。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。 3.柔性压电智能夹层传感器阵列 传统的基于压电传感器的结构健康监测技术在应用时，传感器的布置存一致性和稳定性差、使用寿命短、引线数量和附加重量大、高频干扰强、布置效率低等问题。柔性压电智能夹层传感器阵列采用先进的柔性集成制造工艺，实现了密集压电传感器阵列的轻量化集成，解决了上述应用问题，具有主被动工作模式、表贴/内埋布置兼容、可靠性高、寿命长、抗干扰能力强等特点，并且传感器阵列的结构形式可根据实际应用结构的表面要求和结构形式任意设计。 上述系统和传感器在国内率先实现了航空应用，已应用于我国某型先进战机、大型运输机、C919大型民机和某新型直升机的研制，以及三个型号现役主力战机的延寿。中国商飞北京研发中心、中国飞机强度研究所、空军装备研究院、中国特种设备检测研究院、北京航空航天大学、南通大学、沈阳航空航天大学、解放军理工大学、温州大学等单位已购买了团队成果。

一、导波集成主控结构健康监测系统 1. 系统硬件技术指标： （1）高速导波激励主要性能参数 l 支持任意波形主动激励信号； l 激励信号长度可达50000个数据点，垂直精度14位； l 最大输出电压可达±70V，激励功率最大可达24W； l 工作带宽10kHz~700kHz。 （2）高速导波响应主要性能参数 l 高速低噪声信号调理，增益程控，放大倍数多级可调； l 采样率1MHz~60MHz连续可调，12位采样精度； l 信号输入量程最大可达±15V。 （3）导波监测网络通道扫查主要性能参数 l 支持64~128个压电传感器； l 多通道快速扫查，且支持变频扫查； l 高速低串扰扫查，扫查速率小于0.5s/通道。 2. 系统软件技术指标： （1）系统软件基本性能参数 l 传感器网络管理：支持用户自定义的各种传感器网络形式； l 激励信号产生：输出正弦调制波激励及用户自定义激励；输出激励信号的幅值和频率在硬件功能范围内多级可调； l 多通道轮询扫查：支持64~128个压电传感器组成的激励-传感通道的快速稳定、低串扰扫查； l 多通道变频率扫查：在多通道轮询扫查的同时，支持每个通道的变频扫查； l 硬件联合自检：提供对系统各硬件控制状态和功能状态的联合检查以及传感器网络自检； l 数据输出形式：多种标准数据输出形式，包括matlab，excel，text。 （2）信号处理性能参数 l 信号处理：支持软件滤波、频谱分析、小波分析、黄氏变换； l 信号特征参数提取：支持对信号幅值、峰峰值、飞行时间、能量、中心频率的提取。 （3）损伤诊断性能参数 l 采集信号回放及对比：回放监测信号，对比健康、损伤信号，差信号提取； l 损伤因子：提供多种损伤因子实时计算工具箱； l 损伤成像：路径成像和延迟-累加成像等。 二、被动式集成结构健康监测系统 1. 集成小型化冲击监测系统： （1）系统硬件技术指标： l 系统通道数：支持32个压电传感器通道，单端输入； l 信号输入耦合方式：直流耦合； l 输入阻抗：1MΩ； l 信号输入范围：-10V~+10V； l 信号采集分辨率：16 Bit； l 采样频率：10kHz至100kHz多级可调； l 板载缓存：17 MB数据存储单元； l 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： l 支持连续在线实时撞击监测； l 支持撞击事件发生提示； l 支持对撞击载荷、位置的估计和显示； l 支持对传感器位置、通道的灵活配置； l 支持对撞击能量撞击水平低、中、高的监测； l 具备撞击历程数据库查询功能。 l 支持快速冲击监测工作模式，快速方便实现冲击数据采集； l 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； l 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。 l 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： l 单个监测设备支持16路压电传感器； l 系统配备压电传感器网络进行冲击监测； l 系统通讯方式为通用总线； l 监测设备采用了小型化设计，尺寸仅为50×50×20mm； l 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； l 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： l 系统软件具有可视化的软件界面； l 能够实时显示冲击区域定位结果； l 可随时查询监测历史数据； l 提供数据读取与回放功能； l 提供对系统硬件模块的联合检查； l 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； l 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。 三、柔性压电智能夹层传感器阵列 l 既能作为激励元件在结构中激发导波，也能作为传感元件对结构中的导波进行响应，带宽大于1MHz。 l 可靠性高，耐温范围-40°C~120°C，温度冲击范围