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一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種解決飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中多種傳感器監(jiān)測技術(shù)的軟硬件集成系統(tǒng)及方法。本發(fā)明飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法將使用的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)按照功能劃分為子系統(tǒng)，使用硬件接口將飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡設備互連，對飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件接口進行規(guī)范，對各個飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)進行管理，并對各個飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理和可視化。本發(fā)明對眾多傳感器進行統(tǒng)一調(diào)度，對其數(shù)據(jù)進行融合、處理和管理，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，大幅提高了監(jiān)測效率和水平。
【專利說明】一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領(lǐng)域，涉及一種解決飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中多種傳感 器監(jiān)測技術(shù)的軟硬件集成系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 在飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)中，常采用多種傳感器系統(tǒng)對監(jiān)測對象進行監(jiān)測，這些 傳感器系統(tǒng)有光纖光柵FBG、壓電PZT、聲發(fā)射AE、應力應變SG、智能涂層SC等。在飛機結(jié) 構(gòu)健康監(jiān)測過程中需要對多種傳感器數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合，發(fā)現(xiàn)并總結(jié)各種傳感數(shù)據(jù)間的相 關(guān)性，進而做出更加準確的診斷、評估結(jié)果。對多種傳感器系統(tǒng)的集成是數(shù)據(jù)融合的基礎(chǔ)， 需要設計集成系統(tǒng)的框架、數(shù)據(jù)流模型等，集成后的系統(tǒng)將變成一個多傳感器系統(tǒng)，包含多 種類型的傳感器，并能控制各種傳感器同時進行數(shù)據(jù)采集、實時傳輸數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)。
[0003] 然而現(xiàn)有技術(shù)中各個傳感器系統(tǒng)往往由不同的廠商生產(chǎn)，采用不同的數(shù)據(jù)采集、 存儲、處理、顯示方式，因此導致數(shù)據(jù)分散，集成難度大，影響對數(shù)據(jù)的采集分析和處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 發(fā)明目的：提供一種能夠?qū)︼w機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中多種傳感器進行有效融合、處理 和管理的集成系統(tǒng)。
[0005] 另外，本發(fā)明還提供一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成方法。
[0006] 本發(fā)明技術(shù)方案：一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)，其包括控制與管理子系統(tǒng)，數(shù) 據(jù)處理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)，其中，所述控制與管理子系統(tǒng)一端集成并聯(lián)有聲發(fā)射子 系統(tǒng)、光柵光纖子系統(tǒng)、壓電子系統(tǒng)、應變橋子系統(tǒng)、智能涂層子系統(tǒng)，另一端分別與數(shù)據(jù)處 理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)連接，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包含有聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理單元和智 能涂層數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)包含有二維可視化單元和三維可視化單元。
[0007] 所述控制與管理子系統(tǒng)內(nèi)部集成有發(fā)送命令模塊、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)存 儲模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，其通過發(fā)送命令模塊發(fā)送命令到監(jiān)測子系統(tǒng)，同時發(fā)送信號到子 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊，通知子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊做好接收數(shù)據(jù)準備，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊接 收到數(shù)據(jù)后交由數(shù)據(jù)存儲模塊保存，且交由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至連接的數(shù)據(jù)處理子 系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)。
[0008] -種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其包括以下步驟：
[0009] 步驟一、將使用的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)按照功能劃分為子系統(tǒng)；
[0010] 步驟二、使用硬件接口將飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)通過交換機互連；
[0011] 步驟三、對飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件接口進行規(guī)范；
[0012] 步驟四、由控制與管理子系統(tǒng)對各個飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)進行管理，所述控 制與管理子系統(tǒng)發(fā)送控制命名到各個監(jiān)測子系統(tǒng)，各個監(jiān)測子系統(tǒng)做出響應，其響應的數(shù) 據(jù)被控制與管理子系統(tǒng)進行保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)；
[0013] 步驟五、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié)果發(fā)送到控制與管理子系統(tǒng)，控 制管理子系統(tǒng)再將處理結(jié)果保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)進行可視化。
[0014] 步驟一中所述的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)包括：光柵光纖系統(tǒng)、壓電系統(tǒng)、聲發(fā)射系 統(tǒng)、智能涂層系統(tǒng)、應變橋系統(tǒng)。
[0015] 步驟二中所述的硬件接口為RJ45接口。
[0016] 步驟三中所述的軟件接口規(guī)范，子系統(tǒng)軟件之間組成服務器/客戶端架構(gòu)，使用 消息報文通信。
[0017] 步驟四中所述的控制與管理子系統(tǒng)為集成有對子系統(tǒng)發(fā)送命令模塊、子系統(tǒng)數(shù)據(jù) 接收模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。
[0018] 有益效果：
[0019] 集成后的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成一個包括光柵光纖、壓電、智能涂層、聲發(fā) 射、應變橋等傳感器的多傳感器系統(tǒng)，可以對這些傳感器進行統(tǒng)一調(diào)度，對其數(shù)據(jù)進行融 合、處理和管理。在一次監(jiān)測活動中可以發(fā)揮各種傳感器的優(yōu)勢，可在同一個終端上監(jiān)測飛 機結(jié)構(gòu)的多種數(shù)據(jù)，由計算機程序和多專家組成的處理分析單元，可以對監(jiān)測目標進行綜 合診斷、損傷評估。集成系統(tǒng)間的各單元使用網(wǎng)絡接口互連，可以遠程控制傳感器采集數(shù) 據(jù)，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，提高監(jiān)測效率。此方法將多種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測使用的先進傳感器進行 系統(tǒng)集成，構(gòu)成的系統(tǒng)在功能上強于使用單一傳感器的監(jiān)測系統(tǒng)且擴展方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成示意圖
[0021] 圖2控制與管理子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
[0022] 圖中：1、聲發(fā)射子系統(tǒng)，2、光柵光纖子系統(tǒng)，3、壓電子系統(tǒng)，4、應變橋子系統(tǒng)，5、智 能涂層子系統(tǒng)，6、控制與管理子系統(tǒng)，7、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)，8、數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)，9、二維可 視化單元，10、三維可視化單元，11、聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理單元，12、智能涂層數(shù)據(jù)處理單元。

【具體實施方式】
[0023] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述：
[0024] 請參閱圖1，其是本發(fā)明飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。本發(fā)明飛機結(jié)構(gòu) 健康監(jiān)測集成系統(tǒng)包括控制與管理子系統(tǒng)6,數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7,數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8。其 中，所述控制與管理子系統(tǒng)6 -端集成并聯(lián)有聲發(fā)射子系統(tǒng)1、光柵光纖子系統(tǒng)2、壓電子系 統(tǒng)3、應變橋子系統(tǒng)4、智能涂層子系統(tǒng)5,另一端分別與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7和數(shù)據(jù)可視化子 系統(tǒng)8連接，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7包含有聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理單元11和智能涂層數(shù)據(jù)處理單 元12,這些數(shù)據(jù)處理單元對其各自的數(shù)據(jù)進行處理。所述數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8包含有二維 可視化單元10和三維可視化單元11。二維可視化單元是將數(shù)據(jù)繪制成曲線、散點、柱狀圖 等二維圖形，三維可視化單元是將數(shù)據(jù)處理結(jié)果顯示成三維形式，具體地，使用虛擬現(xiàn)實技 術(shù)將數(shù)據(jù)映射到虛擬對象上。
[0025] 請參閱圖2,其為控制與管理子系統(tǒng)6的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖?？刂婆c管理子系統(tǒng)6內(nèi)部 集成有發(fā)送命令模塊、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。通過發(fā)送命令 模塊發(fā)送命令到聲發(fā)射子系統(tǒng)1、光柵光纖子系統(tǒng)2等監(jiān)測子系統(tǒng)，同時發(fā)送信號到子系統(tǒng) 數(shù)據(jù)接收模塊，通知子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊做好接收數(shù)據(jù)準備，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊接收到 數(shù)據(jù)后交由數(shù)據(jù)存儲模塊保存，且交由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至連接的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng) 7和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8。
[0026] 本發(fā)明飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，將多種監(jiān)測方法進行系統(tǒng)集成，這些監(jiān) 測方法以使用的傳感器分類包括光柵光纖、壓電、智能涂層、聲發(fā)射、應變橋等。集成后的飛 機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)是一個集傳感器、數(shù)據(jù)采集、通信、信號處理為一體的軟硬件系統(tǒng)。
[0027] 下面給出本發(fā)明飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法的具體實施過程，其步驟如下：
[0028] 步驟一、將使用的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)按照功能劃分為子系統(tǒng)，分為：聲發(fā)射 子系統(tǒng)1、光柵光纖子系統(tǒng)2、壓電子系統(tǒng)3、應變橋子系統(tǒng)4、智能涂層子系統(tǒng)5、控制與管理 子系統(tǒng)6、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7、數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8 ;
[0029] 步驟二、使用硬件接口將飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡設備互連，具體的硬 件接口為RJ45接口；
[0030] 步驟三、對飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件接口進行規(guī)范
[0031] 將各個監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件進行改造，規(guī)范軟件接口，使其具備網(wǎng)絡連接功能，能 被遠程用戶以TCP方式連接，并能響應協(xié)商好的遠程命令；
[0032] 步驟四、由控制與管理子系統(tǒng)6對各個飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)進行管理，該控 制與管理子系統(tǒng)6連接到各個監(jiān)測子系統(tǒng)，向其發(fā)送命令并接收響應，將其響應的數(shù)據(jù)進 行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)；
[0033] 步驟五、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7將由控制與管理子系統(tǒng)6轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié) 果發(fā)送到控制與管理子系統(tǒng)6,控制管理子系統(tǒng)6再將處理結(jié)果保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)可 視化子系統(tǒng)8進行可視化。
[0034] 舉一個例子：
[0035] 如圖1所示，現(xiàn)有聲發(fā)射監(jiān)測系統(tǒng)、光柵光纖監(jiān)測系統(tǒng)、壓電監(jiān)測系統(tǒng)、智能涂層 監(jiān)測系統(tǒng)各一套，將其作為子系統(tǒng)：聲發(fā)射子系統(tǒng)1、光柵光纖子系統(tǒng)2、壓電子系統(tǒng)3、應變 橋子系統(tǒng)4、智能涂層子系統(tǒng)5。對各個監(jiān)測子系統(tǒng)的應用軟件進行改造，使其能接受網(wǎng)絡 連接并能響應命令。使用網(wǎng)線將各個子系統(tǒng)的RJ45接口通過交換機連接?？刂婆c管理子 系統(tǒng)6、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7、數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8,同樣通過網(wǎng)線連接到交換機。其中數(shù)據(jù)處 理子系統(tǒng)7中包含有聲發(fā)射單元11、智能涂層單元12等數(shù)據(jù)處理單元，這些處理單元可以 根據(jù)需要進行升級和擴充。數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8中包含二維單元9、三維單元10。這樣，各 個子系統(tǒng)通過網(wǎng)線組成了一個網(wǎng)絡系統(tǒng)，控制與管理子系統(tǒng)6發(fā)送控制命名到各個監(jiān)測子 系統(tǒng)，各個監(jiān)測子系統(tǒng)做出響應，其響應的數(shù)據(jù)被控制與管理子系統(tǒng)6進行保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn) 發(fā)到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7、數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)8。數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)7將數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié) 果發(fā)送到控制與管理子系統(tǒng)6,控制管理子系統(tǒng)6再將處理結(jié)果保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)可 視化子系統(tǒng)8進行可視化。
【權(quán)利要求】
1. 一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)，其特征在于，包括控制與管理子系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理子 系統(tǒng)，數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)，其中，所述控制與管理子系統(tǒng)一端集成并聯(lián)有聲發(fā)射子系統(tǒng)、光 柵光纖子系統(tǒng)、壓電子系統(tǒng)、應變橋子系統(tǒng)、智能涂層子系統(tǒng)，另一端分別與數(shù)據(jù)處理子系 統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)連接，所述數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)包含有聲發(fā)射數(shù)據(jù)處理單元和智能涂層 數(shù)據(jù)處理單元，所述數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)包含有二維可視化單元和三維可視化單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測集成系統(tǒng)，其特征在于，所述控制與管理 子系統(tǒng)內(nèi)部集成有發(fā)送命令模塊、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，其 通過發(fā)送命令模塊發(fā)送命令到監(jiān)測子系統(tǒng)，同時發(fā)送信號到子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊，通知子 系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊做好接收數(shù)據(jù)準備，子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊接收到數(shù)據(jù)后交由數(shù)據(jù)存儲模 塊保存，且交由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至連接的數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)。
3. -種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一、將使用的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)按照功能劃分為子系統(tǒng)； 步驟二、使用硬件接口將飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)通過交換機互連； 步驟三、對飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)的軟件接口進行規(guī)范； 步驟四、由控制與管理子系統(tǒng)對各個飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測子系統(tǒng)進行管理，所述控制與 管理子系統(tǒng)發(fā)送控制命名到各個監(jiān)測子系統(tǒng)，各個監(jiān)測子系統(tǒng)做出響應，其響應的數(shù)據(jù)被 控制與管理子系統(tǒng)進行保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)和數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)； 步驟五、數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)將數(shù)據(jù)進行處理，并將結(jié)果發(fā)送到控制與管理子系統(tǒng)，控制管 理子系統(tǒng)再將處理結(jié)果保存和轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)可視化子系統(tǒng)進行可視化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其特征在于，步驟一 中所述的飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)包括：光柵光纖系統(tǒng)、壓電系統(tǒng)、聲發(fā)射系統(tǒng)、智能涂層系 統(tǒng)、應變橋系統(tǒng)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其特征在于，步驟二 中所述的硬件接口為RJ45接口。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其特征在于，步驟三 中所述的軟件接口規(guī)范，子系統(tǒng)軟件之間組成服務器/客戶端架構(gòu)，使用消息報文通信。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種飛機結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)集成方法，其特征在于，步驟四 中所述的控制與管理子系統(tǒng)為集成有對子系統(tǒng)發(fā)送命令模塊、子系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù) 存儲模塊和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊。
【文檔編號】G01N35/00GK104062446SQ201410265782
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】杜振華, 肖迎春, 李閔行, 陳霞, 李明, 王倩, 白瑋, 張昭, 郭佳 申請人:中國飛機強度研究所