一种飞机结构健康监测集成系统及方法

摘要

本发明属于飞机结构健康监测领域，涉及一种解决飞机结构健康监测中多种传感器监测技术的软硬件集成系统及方法。本发明飞机结构健康监测系统集成方法将使用的飞机结构健康监测系统按照功能划分为子系统，使用硬件接口将飞机结构健康监测子系统通过网络设备互连，对飞机结构健康监测子系统的软件接口进行规范，对各个飞机结构健康监测子系统进行管理，并对各个飞机结构健康监测子系统产生的数据进行处理和可视化。本发明对众多传感器进行统一调度，对其数据进行融合、处理和管理，实现远程监控，大幅提高了监测效率和水平。

说明书

技术领域

本发明属于飞机结构健康监测领域，涉及一种解决飞机结构健康 监测中多种传感器监测技术的软硬件集成系统及方法。

背景技术

在飞机结构健康监测系统中，常采用多种传感器系统对监测对象 进行监测，这些传感器系统有光纤光栅FBG、压电PZT、声发射AE、 应力应变SG、智能涂层SC等。在飞机结构健康监测过程中需要对多 种传感器数据进行数据融合，发现并总结各种传感数据间的相关性， 进而做出更加准确的诊断、评估结果。对多种传感器系统的集成是数 据融合的基础，需要设计集成系统的框架、数据流模型等，集成后的 系统将变成一个多传感器系统，包含多种类型的传感器，并能控制各 种传感器同时进行数据采集、实时传输数据、分析数据。

然而现有技术中各个传感器系统往往由不同的厂商生产，采用不 同的数据采集、存储、处理、显示方式，因此导致数据分散，集成难 度大，影响对数据的采集分析和处理。

发明内容

发明目的：提供一种能够对飞机结构健康监测中多种传感器进行 有效融合、处理和管理的集成系统。

另外，本发明还提供一种飞机结构健康监测集成方法。

本发明技术方案：一种飞机结构健康监测集成系统，其包括控制 与管理子系统，数据处理子系统，数据可视化子系统，其中，所述控 制与管理子系统一端集成并联有声发射子系统、光栅光纤子系统、压 电子系统、应变桥子系统、智能涂层子系统，另一端分别与数据处理 子系统和数据可视化子系统连接，所述数据处理子系统包含有声发射 数据处理单元和智能涂层数据处理单元，所述数据可视化子系统包含 有二维可视化单元和三维可视化单元。

所述控制与管理子系统内部集成有发送命令模块、子系统数据接 收模块、数据存储模块和数据转发模块，其通过发送命令模块发送命 令到监测子系统，同时发送信号到子系统数据接收模块，通知子系统 数据接收模块做好接收数据准备，子系统数据接收模块接收到数据后 交由数据存储模块保存，且交由数据转发模块将数据转发至连接的数 据处理子系统和数据可视化子系统。

一种飞机结构健康监测系统集成方法，其包括以下步骤：

步骤一、将使用的飞机结构健康监测系统按照功能划分为子系 统；

步骤二、使用硬件接口将飞机结构健康监测子系统通过交换机互 连；

步骤三、对飞机结构健康监测子系统的软件接口进行规范；

步骤四、由控制与管理子系统对各个飞机结构健康监测子系统进 行管理，所述控制与管理子系统发送控制命名到各个监测子系统，各 个监测子系统做出响应，其响应的数据被控制与管理子系统进行保存 和转发，转发到数据处理子系统和数据可视化子系统；

步骤五、数据处理子系统将数据进行处理，并将结果发送到控制 与管理子系统，控制管理子系统再将处理结果保存和转发，转发到数 据可视化子系统进行可视化。

步骤一中所述的飞机结构健康监测系统包括：光栅光纤系统、压 电系统、声发射系统、智能涂层系统、应变桥系统。

步骤二中所述的硬件接口为RJ45接口。

步骤三中所述的软件接口规范，子系统软件之间组成服务器/客 户端架构，使用消息报文通信。

步骤四中所述的控制与管理子系统为集成有对子系统发送命令 模块、子系统数据接收模块、数据存储模块和数据转发模块。

有益效果：

集成后的飞机结构健康监测系统构成一个包括光栅光纤、压电、 智能涂层、声发射、应变桥等传感器的多传感器系统，可以对这些传 感器进行统一调度，对其数据进行融合、处理和管理。在一次监测活 动中可以发挥各种传感器的优势，可在同一个终端上监测飞机结构的 多种数据，由计算机程序和多专家组成的处理分析单元，可以对监测 目标进行综合诊断、损伤评估。集成系统间的各单元使用网络接口互 连，可以远程控制传感器采集数据，实现远程监控，提高监测效率。 此方法将多种飞机结构健康监测使用的先进传感器进行系统集成，构 成的系统在功能上强于使用单一传感器的监测系统且扩展方便。

附图说明

图1飞机结构健康监测系统集成示意图

图2控制与管理子系统结构框图

图中：1、声发射子系统，2、光栅光纤子系统，3、压电子系统， 4、应变桥子系统，5、智能涂层子系统，6、控制与管理子系统，7、 数据处理子系统，8、数据可视化子系统，9、二维可视化单元，10、 三维可视化单元，11、声发射数据处理单元，12、智能涂层数据处理 单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

请参阅图1，其是本发明飞机结构健康监测集成系统的结构框图。 本发明飞机结构健康监测集成系统包括控制与管理子系统6，数据处 理子系统7，数据可视化子系统8。其中，所述控制与管理子系统6 一端集成并联有声发射子系统1、光栅光纤子系统2、压电子系统3、 应变桥子系统4、智能涂层子系统5，另一端分别与数据处理子系统 7和数据可视化子系统8连接，所述数据处理子系统7包含有声发射 数据处理单元11和智能涂层数据处理单元12，这些数据处理单元对 其各自的数据进行处理。所述数据可视化子系统8包含有二维可视化 单元10和三维可视化单元11。二维可视化单元是将数据绘制成曲线、 散点、柱状图等二维图形，三维可视化单元是将数据处理结果显示成 三维形式，具体地，使用虚拟现实技术将数据映射到虚拟对象上。

请参阅图2，其为控制与管理子系统6的内部结构框图。控制与 管理子系统6内部集成有发送命令模块、子系统数据接收模块、数据 存储模块和数据转发模块。通过发送命令模块发送命令到声发射子系 统1、光栅光纤子系统2等监测子系统，同时发送信号到子系统数据 接收模块，通知子系统数据接收模块做好接收数据准备，子系统数据 接收模块接收到数据后交由数据存储模块保存，且交由数据转发模块 将数据转发至连接的数据处理子系统7和数据可视化子系统8。

本发明飞机结构健康监测系统集成方法，将多种监测方法进行系 统集成，这些监测方法以使用的传感器分类包括光栅光纤、压电、智 能涂层、声发射、应变桥等。集成后的飞机结构健康监测系统是一个 集传感器、数据采集、通信、信号处理为一体的软硬件系统。

下面给出本发明飞机结构健康监测系统集成方法的具体实施过 程，其步骤如下：

步骤一、将使用的飞机结构健康监测系统按照功能划分为子系统, 分为：声发射子系统1、光栅光纤子系统2、压电子系统3、应变桥 子系统4、智能涂层子系统5、控制与管理子系统6、数据处理子系 统7、数据可视化子系统8；

步骤二、使用硬件接口将飞机结构健康监测子系统通过网络设备 互连，具体的硬件接口为RJ45接口；

步骤三、对飞机结构健康监测子系统的软件接口进行规范

将各个监测子系统的软件进行改造，规范软件接口，使其具备网 络连接功能,能被远程用户以TCP方式连接，并能响应协商好的远程 命令；

步骤四、由控制与管理子系统6对各个飞机结构健康监测子系统 进行管理，该控制与管理子系统6连接到各个监测子系统，向其发送 命令并接收响应，将其响应的数据进行存储、转发；

步骤五、数据处理子系统7将由控制与管理子系统6转发的数据 进行处理，并将结果发送到控制与管理子系统6，控制管理子系统6 再将处理结果保存和转发，转发到数据可视化子系统8进行可视化。

举一个例子：

如图1所示，现有声发射监测系统、光栅光纤监测系统、压电监 测系统、智能涂层监测系统各一套，将其作为子系统：声发射子系统 1、光栅光纤子系统2、压电子系统3、应变桥子系统4、智能涂层子 系统5。对各个监测子系统的应用软件进行改造，使其能接受网络连 接并能响应命令。使用网线将各个子系统的RJ45接口通过交换机连 接。控制与管理子系统6、数据处理子系统7、数据可视化子系统8， 同样通过网线连接到交换机。其中数据处理子系统7中包含有声发射 单元11、智能涂层单元12等数据处理单元，这些处理单元可以根据 需要进行升级和扩充。数据可视化子系统8中包含二维单元9、三维 单元10。这样，各个子系统通过网线组成了一个网络系统，控制与 管理子系统6发送控制命名到各个监测子系统，各个监测子系统做出 响应，其响应的数据被控制与管理子系统6进行保存和转发，转发到 数据处理子系统7、数据可视化子系统8。数据处理子系统7将数据 进行处理，并将结果发送到控制与管理子系统6，控制管理子系统6 再将处理结果保存和转发，转发到数据可视化子系统8进行可视化。