[00035597]导波集成主控结构健康监测系统

一、成果简介 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等优点，是众多主动结构健康监测技术中最具应用前景的技术之一，是国内外研究重点.导波主动结构健康监测技术的工作原理是通过辨识结构损伤对导波信号及其特征的改变来实现结构损伤的诊断与评估。 为实现导波主动结构健康监测技术的工程应用，项目组在国家自然基金杰出青年基金/重点项目/面上项目、国家863等国家级重要项目的资助下，研制了系列导波集成主控结构健康监测系统并形成产品，包括工控型、便携型、机载小型化型。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”二、创新点 1.发明了高频电压-电流组合放大提升的小型化程控宽带功率放大器设计方法，首创总线插卡式压电小型化宽带功率放大器，实现了任意激励信号功率放大，采用该功率放大方法后，压电驱动器所激励导波的传播距离较常规方法提高了&7倍，监测区域面积增大10倍以上• 2.研制了总线插卡式低噪声高带宽的程控增益电荷放大器，实现了多通道高速导波信号调理的小型化集成，在极大抑制微弱导波信号噪声的情况下，实现了高速导波信号的高增益可程控放大。 3.采用最小回路面积和浮空端子低阻态的组合设计方法，解决了导波激励-响应通道串扰大导致前段调理电路饱和问题,使得导波激励功率和导波响应调理放大倍数得到极大提升。 4.提出了导波主动系统的高稳定性总线集成方法，解决了导波主动系统的小型化和集成化难题，并研制了导波集成主控结构健康监测系统软件，最终实现了整套导波主控结构健康监测系统的集成。 5.发展了系列结构损伤的导波波动成像方法，包括概率路径成像、延迟-景加成像、时间反转聚焦成像、空间滤波器成像和多重信号分类成像；发展了系列导波损伤因子提取算法。实现了结构损伤的准确诊断与评估。三、主要技术指标 1.系统硬件技术指标 (1)高速导波激励主要性能参数 •支持任意波形主动激励信号； •激励信号长度可达50000个数据点，垂直精度14位； •最大输出电压可达±70V,激励功率最大可达24W; •工作带宽10kHz~700kHz. (2)高速导波响应主要性能参数 •高速低噪声信号调理，增益程控，放大倍数多级可调； ・采样率1MHZ-60MHZ连续可调，12位采样精度；