专利名称：一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置及其监测方法
技术领域：
本发明涉及金属材料裂纹监测技术领域，具体涉及一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置及其监测方法。
背景技术：
信息智能涂层是一种新型的智能材料，具有优良的随附损伤特性。因此，可利用该特性原位主动监测结构发生开裂和裂纹的扩展情况，并以“信息智能涂层”为损伤探测敏感末梢构建结构健康监测系统。基于信息智能涂层的传感器能够实时、准确地对飞机等大型复杂机械结构进行健康监测。该项技术与传统的无损检测技术如声发射、超声、射线以及红外热成像相比，更为简捷、准确，具有创新性。“具有随附损伤特性的损伤探测信息智能涂层”专利曾对监测的流程提出了一类简单的设计概念，但是没有提出具体的实施方案，也没有提出监测装置的设计方案，同时缺乏有效的裂纹数据分析判断方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置及其监测方法，并就信息智能涂层技术在金属材料裂纹监测领域的工程应用提出了具体实施方案，可以准确监测信息智能涂层传感器的实时状态，从而对被监测对象是否产生裂纹做出准确判断。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是—种基于信息智能涂层的裂纹监测装置，包括信息智能涂层传感器，用于采集信息智能涂层传感器的阻值的多个相同的前置测量子�？楹秃笾弥髂？椋笾弥髂？橛糜诳刂魄爸貌饬孔幽？椋⒂肭爸貌饬孔幽？榻型ㄐ牛凰龅那爸貌饬孔幽？榘ㄗ幽？�25芯插头、子�？橥ǖ姥≡衿�、子�？樾藕糯砥�、子�？槟Ｊ黄�、子�？镃PU处理单元、子�？橥ㄑ兜ピ�、子�？橥ㄑ督涌诤妥幽？榈缭吹缏罚喔鲂畔⒅悄芡坎愦衅饔胱幽？�25芯插头连接，子�？�25芯插头中的M 芯用来连接最多8个信息智能涂层传感器，另外1芯接地，子�？�25芯插头与子�？橥ǖ姥≡衿髁樱幽？镃PU处理单元控制子�？橥ǖ姥≡衿餮≡癖患嗖獾男畔⒅悄芡坎愦衅鳎畔⒅悄芡坎愦衅鞯哪Ｄ庑藕啪幽？樾藕糯砥鹘新瞬ù恚幽？樾藕糯砥髀顺Ｄ庑藕胖械�50hz工频噪声，滤波后的模拟信号由子�？槟Ｊ黄髯怀墒中藕牛中藕沤胱幽？镃PU处理单元并由子�？镃PU处理单元发送至子模块通讯单元，子模块通讯单元通过子模块通讯接口与后置主�？榻型ㄐ牛幽？橥ㄑ督涌谟牒笾弥髂？榧浯涞氖侵绷髟夭ǎ看尾杉募嗖馐莘⑺腿椴⒂珊笾弥髂？榕卸鲜欠癫捎茫銮爸貌饬孔幽？榈墓┑缋醋宰幽？楣┑绲ピ幽？楣┑绲ピ永醋院笾弥髂？榈闹绷髟夭ㄖ刑崛�4 6v的直流电；后置主�？榘ㄖ髂？橹骺谻PU、主�？橥ǖ姥≡衿�、主�？�25芯插头、主�？橥ㄑ兜ピ�、主�？镕LASH存储单元、主�？樾∈奔剖ピ�、主�？長ED显示器和主�？榧扑慊涌冢喔銮爸貌饬孔幽？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头相连接，主�？�25芯插头与主�？橥ǖ姥≡衿髁樱髂？橹骺谻PU控制主模块通道选择器选择接入的前置测量子模块，主模块主控CPU控制主�？橥ㄑ兜ピ迪钟敫鞲銮爸貌饬孔幽？榈耐ㄑ叮ㄑ恫捎弥绷髟夭ǚ绞剑髂？橥ㄑ兜ピ盏降母鞲銮爸貌饬孔幽？榇涞氖中藕欧⑺椭林髂？橹骺谻PU，主模块主控CPU对信号进行处理，主�？橹骺谻PU对错误数据进行丢弃处理，主�？橹骺谻PU将处理结果显示在主�？長ED显示器上，主模块主控CPU将处理结果保存入两个主�？镕LASH存储单元，记录的数据中包含了时间信息，该时间信息由主�？樾∈奔剖ピ峁礁鲋髂？镕LASH存储单元提供6M的存储空间，主�？橹骺谻PU通过主�？榧扑慊涌谟爰扑慊ㄐ牛龊笾弥髂？榈墓┑缬辛街址绞剑恢质抢弥髂？榧扑慊涌谥腥∽约扑慊�5v直流电，另一种是AC/AC电源转换处理后的直流电源，AC/AC电源转换需外接一个15 27v的变压器。所述信息智能涂层传感器与前置测量子模块的子�？�25芯插头连接方式，25芯中1芯连接地线，其余M芯中每3芯连接1个信息智能涂层传感器，共可连接8个信息智能涂层传感器。所述前置测量子�？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头连接连接方式，25芯中的 16芯每2芯连接1个子�？椋部闪�8个前置测量子�？椋溆嗫罩貌挥�。一种基于信息智能涂层的裂纹监测方法，采用安装于计算机的监测软件分析后置主�？榈闹髂？镕LASH存储单元中记录的数据，对被监测部位是否出现裂纹做出判断，监测软件定期从后置主�？橹卸寥∪渴菁锹迹盐剖莘治雠卸系牧鞒倘缦�1、数据去噪后置主�？樵诠ぷ髦写嬖谧乓蛲饨缍窳踊肪车母扇糯佣氲拇砦蠹锹迹紫榷运惺菁锹冀猩瑁运胁辉诹砍谭段Ъ�0 100欧姆间的阻值记录进行丢弃处理， 对50 100欧姆间的阻值记录按照校准曲线进行校准，处理完毕后进行下一步骤，2、断线检测对数据记录中的阻值记录逐个检测，每个记录与前一个记录进行对比，若比值大于十倍判断为松动或者断线，对于判断为松动或者断线的通道记录则停止进行分析，输出判断结果，否则，进入下一步骤，3、等时间平均化数据记录中原始数据在时间上只表示先后关系，时间信息只精确到小时，将各个小时内的记录数据求和并平均，所得到的数据进入下一步骤，4、数据分段对上一步处理后的数据进行扫描，并将每个记录与前一个记录进行对比，比值大于1. 5倍的记录点判断为增长起始点，所有记录中阻值最大的记录点判断为增长结束点， 按增长起始点和结束点，将数据分为三段，阻值稳定阶段，增长阶段，波动阶段，进入下一步骤，5、数据拟合判断对阻值增长阶段进行指数曲线拟合，求出拟合系数，根据不同的监测对象设置不同的阈值，对高于阈值的继续计算阻值波动阶段的均值，此均值比阻值的初始记录大10倍以上可判为裂纹，并输出判断结果，对低于指数系数阈值的和不存在波动阶段的情况，判断为需要继续进行跟踪监测。本发明的优点本发明在监测装置的设计上采用了分布式、多通道的设计方法，提出了前置测量子�？楹秃笾弥髂？榈纳杓品桨福杓瞥龅牟杉爸锰寤�、质量轻、电磁兼容性好，可以准确的采集信息智能涂层传感器的阻值；在裂纹数据分析方法上，采用了模式识别的思想，通过流程化的数据处理方法最终对裂纹信息做出准确判断。
图1是本发明中前置测量子�？榈脑硗�。图2是本发明中主�？榈脑硗�。图3是前置测量子�？樯献幽？�25芯插头的连接图。图4是后置主�？樯现髂？�25芯插头的连接图。图5是本发明提出的数据分析方法流程图。图6是本监测方法的监测示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置，包括信息智能涂层传感器，用于采集信息智能涂层传感器的阻值的多个相同的前置测量子模块和后置主�？椋笾弥髂？橛糜诳刂魄爸貌饬孔幽？椋⒂肭爸貌饬孔幽？榻型ㄐ牛徊握胀�1，所述的前置测量子�？榘ㄗ幽？�25芯插头、子�？橥ǖ姥≡衿�、子�？樾藕糯砥�、子�？槟Ｊ黄�、子�？镃PU处理单元、子模块通讯单元、子�？橥ㄑ督涌诤妥幽？榈缭吹缏罚喔鲂畔⒅悄芡坎愦衅饔胱幽？�25芯插头连接，子�？�25芯插头中的M芯用来连接最多8个信息智能涂层传感器，另外1芯接地，子�？�25芯插头与子�？橥ǖ姥≡衿髁樱幽？镃PU处理单元控制子�？橥ǖ姥≡衿餮≡癖患嗖獾男畔⒅悄芡坎愦衅鳎畔⒅悄芡坎愦衅鞯哪Ｄ庑藕啪幽？樾藕糯砥鹘新瞬ù恚幽？樾藕糯砥髦饕顺Ｄ庑藕胖械�50hz工频噪声，滤波后的模拟信号由子�？槟Ｊ黄髯怀墒中藕牛中藕沤胱幽？镃PU处理单元并由子�？镃PU处理单元发送至子�？橥ㄑ兜ピ幽？橥ㄑ兜ピü幽？橥ㄑ督涌谟牒笾弥髂？榻型ㄐ牛幽？橥ㄑ督涌谟牒笾弥髂？榧浯涞氖侵绷髟夭ǎ看尾杉募嗖馐莘⑺腿椴⒂珊笾弥髂？榕卸鲜欠癫捎茫銮爸貌饬孔幽？榈墓┑缋醋宰幽？楣┑绲ピ幽？楣┑绲ピ永醋院笾弥髂？榈闹绷髟夭ㄖ刑崛�4 6v的直流电；参照图2，后置主�？榘ㄖ髂？橹骺谻PU、主�？橥ǖ姥≡衿鳌⒅髂？�25芯插头、 主�？橥ㄑ兜ピ�、主模块FLASH存储单元、主�？樾∈奔剖ピ�、主�？長ED显示器和主模块计算机接口，多个前置测量子�？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头相连接，主模块25芯插头与主�？橥ǖ姥≡衿髁樱髂？橹骺谻PU控制主�？橥ǖ姥≡衿餮≡窠尤氲那爸貌饬孔幽？椋髂？橹骺谻PU控制主�？橥ㄑ兜ピ迪钟敫鞲銮爸貌饬孔幽？榈耐ㄑ叮ㄑ恫捎弥绷髟夭ǚ绞剑髂？橥ㄑ兜ピ盏降母鞲銮爸貌饬孔幽？榇涞氖中藕欧⑺椭林髂？橹骺谻PU，主�？橹骺谻PU对信号进行处理，主模块主控CPU对错误数据进行丢弃处理，主�？橹骺谻PU将处理结果显示在主�？長ED显示器上，主�？橹骺谻PU将处理结果保存入两个主�？镕LASH存储单元，记录的数据中包含了时间信息，该时间信息由主�？樾∈奔剖ピ峁礁鲋髂？镕LASH存储单元提供6M的存储空间，主�？橹骺谻PU通过主模块计算机接口与计算机通信，整个后置主�？榈墓┑缬辛街址绞剑恢质抢弥髂？榧扑慊涌谥腥∽约扑慊�5v直流电，另一种是AC/AC电源转换处理后的直流电源，AC/AC电源转换需外接一个15 27v的变压器。参照图3，信息智能涂层传感器与前置测量子�？榈淖幽？�25芯插头连接方式， 25芯中1芯连接地线，其余M芯中每3芯连接1个信息智能涂层传感器，共可连接8个信息智能涂层传感器。参照图4，前置测量子�？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头连接连接方式，25芯中的16芯每2芯连接1个子模块，共可连接8个前置测量子�？椋溆嗫罩貌挥�。参照图5，一种基于信息智能涂层的裂纹监测方法，采用安装于计算机的监测软件分析后置主�？榈闹髂？镕LASH存储单元中记录的数据，对被监测部位是否出现裂纹做出判断，监测软件定期从后置主�？橹卸寥∪渴菁锹迹盐剖莘治雠卸系牧鞒倘缦�1、数据去噪后置主�？樵诠ぷ髦写嬖谧乓蛲饨缍窳踊肪车母扇糯佣氲拇砦蠹锹迹紫榷运惺菁锹冀猩瑁运胁辉诹砍谭段Ъ�0 100欧姆间的阻值记录进行丢弃处理， 对50 100欧姆间的阻值记录按照校准曲线进行校准，处理完毕后进行下一步骤，2、断线检测对数据记录中的阻值记录逐个检测，每个记录与前一个记录进行对比，若比值大于十倍判断为松动或者断线，对于判断为松动或者断线的通道记录则停止进行分析，输出判断结果，否则，进入下一步骤，3、等时间平均化数据记录中原始数据在时间上只表示先后关系，时间信息只精确到小时，将各个小时内的记录数据求和并平均，所得到的数据进入下一步骤，4、数据分段对上一步处理后的数据进行扫描，并将每个记录与前一个记录进行对比，比值大于1. 5倍的记录点判断为增长起始点，所有记录中阻值最大的记录点判断为增长结束点， 按增长起始点和结束点，将数据分为三段，阻值稳定阶段，增长阶段，波动阶段，进入下一步骤，5、数据拟合判断对阻值增长阶段进行指数曲线拟合，求出拟合系数，根据不同的监测对象设置不同的阈值，对高于阈值的继续计算阻值波动阶段的均值，此均值比阻值的初始记录大10倍以上可判为裂纹，并输出判断结果，对低于指数系数阈值的和不存在波动阶段的情况，判断为需要继续进行跟踪监测。参照图6，本发明的工作原理为后置主模块循环给每一个前置测量子�？楣┑绮⒎⑺托藕牛爸貌饬孔幽？榻邮盏胶笾弥髂？榈墓┑绾托藕藕罂脊ぷ鳎爸貌饬孔幽？槎粤拥亩喔鲂畔⒅悄芡坎愦衅鹘醒肥莶杉扛銮爸貌饬孔幽？椴饬渴奔湓� 3秒，后置主�？榻邮涨爸貌饬孔幽？榛卮牟饬渴荩蹦掣銮爸貌饬孔幽？椴淮嬖诨蛭薹觳馐保笾弥髂？榻帽嗪牛罢蚁乱桓霰嗪诺那爸貌饬孔幽？椋惺萁珊笾弥髂？楸４妫笾弥髂？樵诮邮盏郊扑慊闹噶詈螅爰扑慊型ㄐ牛扑慊竦煤笾弥髂？橹械氖莶⒂昧盐剖莘治龇椒ń蟹治觯佣卸媳患嗖獠课皇欠癫盐�。
权利要求
1.一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置，其特征在于，包括信息智能涂层传感器，用于采集信息智能涂层传感器的阻值的多个相同的前置测量子�？楹秃笾弥髂？椋笾弥髂？橛糜诳刂魄爸貌饬孔幽？椋⒂肭爸貌饬孔幽？榻型ㄐ牛凰龅那爸貌饬孔幽？榘ㄗ幽？�25芯插头、子�？橥ǖ姥≡衿�、子�？樾藕糯砥�、子�？槟Ｊ黄�、子模块CPU处理单元、子�？橥ㄑ兜ピ�、子�？橥ㄑ督涌诤妥幽？榈缭吹缏罚喔鲂畔⒅悄芡坎愦衅饔胱幽？�25芯插头连接，子�？�25芯插头中的M芯用来连接最多8个信息智能涂层传感器，另外1芯接地，子�？�25芯插头与子�？橥ǖ姥≡衿髁樱幽？镃PU处理单元控制子�？橥ǖ姥≡衿餮≡癖患嗖獾男畔⒅悄芡坎愦衅鳎畔⒅悄芡坎愦衅鞯哪Ｄ庑藕啪幽？樾藕糯砥鹘新瞬ù恚幽？樾藕糯砥髦饕顺Ｄ庑藕胖械�50hz工频噪声，滤波后的模拟信号由子�？槟Ｊ黄髯怀墒中藕牛中藕沤胱幽？镃PU处理单元并由子�？镃PU处理单元发送至子�？橥ㄑ兜ピ幽？橥ㄑ兜ピü幽？橥ㄑ督涌谟牒笾弥髂？榻型ㄐ牛幽？橥ㄑ督涌谟牒笾弥髂？榧浯涞氖侵绷髟夭ǎ看尾杉募嗖馐莘⑺腿椴⒂珊笾弥髂？榕卸鲜欠癫捎茫銮爸貌饬孔幽？榈墓┑缋醋宰幽？楣┑绲ピ幽？楣┑绲ピ永醋院笾弥髂？榈闹绷髟夭ㄖ刑崛�4 6v的直流电；后置主�？榘ㄖ髂？橹骺谻PU、主�？橥ǖ姥≡衿�、主�？�25芯插头、主�？橥ㄑ兜ピ�、主�？镕LASH存储单元、主模块小时计数单元、主�？長ED显示器和主�？榧扑慊涌冢喔銮爸貌饬孔幽？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头相连接，主�？�25芯插头与主�？橥ǖ姥≡衿髁樱髂？橹骺谻PU控制主�？橥ǖ姥≡衿餮≡窠尤氲那爸貌饬孔幽？椋� 主�？橹骺谻PU控制主�？橥ㄑ兜ピ迪钟敫鞲銮爸貌饬孔幽？榈耐ㄑ叮ㄑ恫捎弥绷髟夭ǚ绞剑髂？橥ㄑ兜ピ盏降母鞲銮爸貌饬孔幽？榇涞氖中藕欧⑺椭林髂？橹骺� CPU,主�？橹骺谻PU对信号进行处理，主�？橹骺谻PU对错误数据进行丢弃处理，主�？橹骺谻PU将处理结果显示在主�？長ED显示器上，主�？橹骺谻PU将处理结果保存入两个主�？镕LASH存储单元，记录的数据中包含了时间信息，该时间信息由主�？樾∈奔剖ピ峁礁鲋髂？镕LASH存储单元提供6M的存储空间，主模块主控CPU通过主模块计算机接口与计算机通信，整个后置主�？榈墓┑缬辛街址绞剑恢质抢弥髂？榧扑慊涌谥腥∽约扑慊�5v直流电，另一种是AC/AC电源转换处理后的直流电源，AC/AC电源转换需外接一个15 27v的变压器。
2.根据权利要求1所述的裂纹监测装置，其特征在于，所述的信息智能涂层传感器与前置测量子�？榈淖幽？�25芯插头连接方式，25芯中1芯连接地线，其余M芯中每3芯连接1个信息智能涂层传感器，共可连接8个信息智能涂层传感器。
3.根据权利要求1所述的裂纹监测装置，其特征在于，所述的前置测量子�？橛牒笾弥髂？榈闹髂？�25芯插头连接连接方式，25芯中的16芯每2芯连接1个子�？椋部闪� 8个前置测量子�？椋溆嗫罩貌挥谩�
4.一种基于权利要求1所述的装置进行信息智能涂层的裂纹监测方法，其特征在于， 安装于计算机的监测软件负责分析后置主�？榈闹髂？镕LASH存储单元中记录的数据，对被监测部位是否出现裂纹做出判断，监测软件定期从后置主�？橹卸寥∪渴菁锹迹盐剖莘治雠卸系牧鞒倘缦�(1)、数据去噪后置主�？樵诠ぷ髦写嬖谧乓蛲饨缍窳踊肪车母扇糯佣氲拇砦蠹锹迹紫榷运惺菁锹冀猩瑁运胁辉诹砍谭段Ъ�0 100欧姆间的阻值记录进行丢弃处理，对 50 100欧姆间的阻值记录按照校准曲线进行校准，处理完毕后进行下一步骤，O)、断线检测对数据记录中的阻值记录逐个检测，每个记录与前一个记录进行对比，若比值大于十倍判断为松动或者断线，对于判断为松动或者断线的通道记录则停止进行分析，输出判断结果，否则，进入下一步骤，(3)、等时间平均化数据记录中原始数据在时间上只表示先后关系，时间信息只精确到小时，将各个小时内的记录数据求和并平均，所得到的数据进入下一步骤，G)、数据分段对上一步处理后的数据进行扫描，并将每个记录与前一个记录进行对比，比值大于1. 5 倍的记录点判断为增长起始点，所有记录中阻值最大的记录点判断为增长结束点，按增长起始点和结束点，将数据分为三段，阻值稳定阶段，增长阶段，波动阶段，进入下一步骤，(5)、数据拟合判断对阻值增长阶段进行指数曲线拟合，求出拟合系数，根据不同的监测对象设置不同的阈值，对高于阈值的继续计算阻值波动阶段的均值，此均值比阻值的初始记录大10倍以上可判为裂纹，并输出判断结果，对低于指数系数阈值的和不存在波动阶段的情况，判断为需要继续进行跟踪监测。
全文摘要
一种基于信息智能涂层的裂纹监测装置及其监测方法，其装置包含了多个相同的前置测量子�？楹秃笾弥髂？椋爸貌饬孔幽？榘�25芯插头、通道选择器、信号处理器、模数转换器、CPU处理单元、通讯单元、通讯接口、电源电路等功能单元，主�？榘骺谻PU、通道选择器、25芯插头、通讯单元、FLASH存储单元、LED显示器、计算机结构等功能单元，后置主�？檠房刂贫喔銮爸貌饬孔幽？椋扛銮爸貌饬孔幽？檠芳嗖舛喔鲂畔⒅悄芡坎愦衅鳎笾弥髂？橛爰扑慊型ㄐ牛扑慊竦煤笾弥髂？橹械氖莶⒂檬莘治龇椒ń蟹治觯佣卸媳患嗖獠课皇欠癫盐�。
文档编号G01N27/20GK102520023SQ201110350968
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月9日 优先权日2011年11月9日
发明者刘启达, 刘马宝, 李江涛, 林云翔, 王献辉, 马少杰 申请人:西安交通大学
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