复合材料结构实时撞击监测系统.docx

文章编号 ：１００４－２４７４（２０１４）０４ 文章编号 ：１００４－２４７４（２０１４）０４－０６５４－０４ 复合材料结构实时撞击监测系统 范 忠１，２，马书义２，武湛君２ （１．台州职业技术学院 电子电气工程系 ，浙 江 台州 ３１８０００；２．大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 １１６０２４） 摘 要 ：为实时监测并评估发生在复合材料结 构上的外部低速撞击 ，研制了一套基于压电传感器的被动式传 感系统。系统包括分布式压电传感器网络 、便 携式采集硬件及分析软件。 压电传感器网络覆盖结构被监测区域， 并实时在线监测由于结构撞击 而 产 生 的 应 力 波 ；多通道采集硬件并行采集各传感器信号 ，并以直接存储器访问 （ＤＭＡ）形式与分析软件进行数据交换 ；撞击事件评估采用了 系统辨识技术 ，分析软件利用集成的系统辨识模型及 获得的实时传感器数据对撞击位置和撞击载荷进行反问题求解。实验结果表明 ，研制的被动式传感系统能够准确 辨识发生在复合材料结构上的撞击事件 ，并可有效估计撞击位置及撞击载荷历程 。 关键词 ：复 合材料结构 ；撞 击事件 ；实 时监测 ；位 置估计 ；载 荷历程 中图分类号 ：Ｖ２１４．８；ＴＰ３０２ 文献标识码 ：Ａ Ａ Ｒｅａｌ－ｔｉｍｅＩｍｐａｃｔＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍｆｏｒＣｏｍｐｏｓｉｔｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ＦＡＮＺｈｏｎｇ１，２，ＭＡＳｈｕｙｉ２，ＷＵＺｈａｎｊｕｎ２ （１．Ｄｅｐｔ．ｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ，ＴａｉｚｈｏｕＶｏｃａｔｉｏｎａｌ＆ＴｅｃｈｎｉｃａｌＣｏｌｌｅｇｅ，Ｔａｉｚｈｏｕ３１８０００，Ｃｈｉｎａ； ２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ．ｏｆＳｔｒｕｃｔｕｒａｌＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｐａｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｕｓｉｎｇｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｓｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｆｏｒｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇａｎｄｅｓｔｉ－ ｍａｔｉｎｇｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｌｏｗ－ｖｅｌｏｃｉｔｙｉｍｐａｃｔｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｎｃｌｕｄｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ，ｐｏｒｔａｂｌｅａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｃｏｖｅｒｅｄｔｈｅｆｏｃｕｓａｒ－ ｅａｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｉｎｓｉｔｕｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｓｔｒｅｓｓｗａｖｅｓｇｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅｉｍｐａｃｔ．Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌａｃｑｕｉ－ ｓｉｔｉｏｎｈａｒｄｗａｒｅｃｏｕｌｄｐａｒａｌｌｅｌａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎａｎｄｒｅｃｏｒｄｅｄｔｈｅｓｅｎｓｏｒｓｉｇｎａｌｓａｎｄｅｘｃｈａｎｇｅｄａｔａｗｉｔｈａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｕ－ ｓｉｎｇｄｉｒｅｃｔｍｅｍｏｒｙａｃｃｅｓｓ （ＤＭＡ）ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ．Ｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｏｎｔｈｅｉｍｐａｃｔｅｖｅｎｔｓ，ａｎｉｍｐｒｏｖｅｄｓｙｓｔｅｍ－ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｗａｓｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍ－ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌａｎｄｔｈｅｏｂ－ ｔａｉｎｅｄｒｅａｌ－ｔｉｍｅｓｅｎｓｏｒｄａｔａ，ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｗｏｕｌｄｅｓｔｉｍａｔｅｔｈｅｉｍｐａｃｔｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｐｅｒｆｏｒｍｔｈｅｉｎｖｅｒｓｅｒｅｃｏｎ－ ｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅ．Ｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｐａｓｓｉｖｅｓｅｎｓｉｎｇｓｙｓｔｅｍｃｏｕｌｄｅｘａｃｔｌｙｉｄｅｎｔｉｆｙ ｔｈｅｉｍｐａｃｔｅｖｅｎｔｓｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ，ａｎｄｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎａｎｄｆｏｒｃｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ；ｉｍｐａｃｔｅｖｅｎｔｓ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｌｏｃａｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；ｆｏｒｃｅｔｉｍｅｈｉｓｔｏｒｙ 重要意义。 通常，外 部撞击识别主要包括撞击位置确定及 撞击载荷历程重构两个方面。 撞击位置识别方面，