分布式结构健康监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种分布式结构健康监测系统及方法，监测系统包括：结构健康诊断节点及与结构健康诊断节点相连的涡流阵列检测节点，涡流阵列检测节点包括：控制与数据处理单元及与控制与数据处理单元相连的多频激励信号发生单元、线圈选通单元、数据采集单元；多频激励信号发生单元通过线圈选通单元、交流电桥与数据采集单元相连，线圈选通单元连接线圈阵列；控制与数据处理单元分别通过第一以太网交换单元、第一时间同步单元与结构健康诊断节点、其他涡流阵列检测节点相连。本发明专利技术提供的分布式结构健康监测系统及方法，实现了对激励信号的灵活设置，提高了不同涡流阵列检测节点之间的高效检测效率和灵活组网特性，可以对复杂结构进行实时在线监测。

Distributed structure health monitoring system and method

The present invention provides a distributed structural health monitoring system and method of monitoring system includes: structural health diagnosis and health diagnosis of nodes connected to a node structure of the eddy current array sensor array eddy current detection node comprises: control and data processing unit and the control and data processing unit which is connected with the multi frequency excitation signal generating unit, coil selection through the unit, data acquisition unit; multi frequency excitation signal generating unit through the coil gating unit, data acquisition unit is connected with the AC bridge, coil gating unit connecting the coil array; control and data processing unit respectively through the first Ethernet switching unit and a first time synchronization unit and structure health diagnosis node, other nodes connected eddy current array detection. The distributed structure health monitoring system and method provided by this invention achieves the flexible setting of the excitation signal, improves the efficient detection efficiency and flexible networking characteristics among the different eddy current array detection nodes, and enables real-time online monitoring of the complex structure.

【技术实现步骤摘要】
分布式结构健康监测系统及方法
本专利技术涉及结构监测
，尤其涉及一种分布式结构健康监测系统及方法。
技术介绍
随着对大型设备结构安全性的日益关注，无损检测技术已成为现代结构设备制造和使用过程中必不可少的检测手段被广泛应用于各个领域，如航空、航天、轨道交通、电力生产、石化储运、石油加工等。这些领域的设备结构通常处于较恶劣的工作条件，容易发生磨损、腐蚀、疲劳裂纹、蠕变等损伤，进而造成结构内部产生缺陷，危害结构安全。因此对这些设备结构进行在线、实时、动态监测和诊断成为无损检测技术应用中的一个重要方面。目前工业界常用的五大无损检测方式包括：渗透检测，磁粉检测，涡流检测，超声波检测，射线检测。在这五种检测方式中，由于涡流检测具有对导电材料表面、近表面检测灵敏度高，适用范围广，在一定条件下可提供裂纹深度等结构缺陷的定量信息，不需要耦合剂等优点更适合对设备金属结构进行在线、实时、动态的监测和诊断。现有的涡流检测系统大多采用单线圈，需要人工在被检测部位不断移动涡流线圈或者使被检对象相对于检测线圈作规则运动来扫查被检测对象。为实现生产线的自动检测，人们专利技术了涡流阵列((EddyCurrentArrays)检测技术。涡流阵列检测技术是将许多小线圈按照特定的结构密布在敞开(或封闭)的平面或曲面上构成阵列放置在被检测位置。工作时采用电子学方法按照设定的逻辑程序对线圈阵列分时切换，将各线圈获取的涡流响应信号接入诊断单元的信号处理系统中，完成一个阵列的巡回检测。现有基于涡流阵列的无损检测系统采用模拟单一激励信号、离线的工作方式，采用模拟相敏检波进行干扰压制和信号处理，无法解决探测深度和检测灵敏度之间的矛盾，无法组成监测网络实现对复杂结构的实时在线监测。
技术实现思路
本专利技术提供一种分布式结构健康监测系统及方法，用于解决现有技术存在的无法解决探测深度和检测灵敏度之间的矛盾，无法组成监测网络实现对复杂结构的实时在线监测的问题。本专利技术的一方面提供了一种分布式结构健康监测系统，包括：结构健康诊断节点以及与所述结构健康诊断节点相连接的一个或多个涡流阵列检测节点，所述涡流阵列检测节点包括：控制与数据处理单元以及与所述控制与数据处理单元相连接的多频激励信号发生单元、线圈选通单元、数据采集单元；其中，所述多频激励信号发生单元依次通过所述线圈选通单元、交流电桥与所述数据采集单元相连接，且所述线圈选通单元连接有线圈阵列；所述控制与数据处理单元分别通过第一以太网交换单元、第一时间同步单元与所述结构健康诊断节点、其他涡流阵列检测节点相连接；其中，所述控制与数据处理单元：用于根据预设的检测方式控制所述多频激励信号发生单元产生多频激励信号，所述多频激励信号经过所述线圈选通单元、交流电桥产生输出信号；所述控制与数据处理单元通过所述数据采集单元对所述输出信号进行数据采集，并对采集数据进行处理，将处理结果通过第一以太网交换单元与第一时间同步单元同步至所述结构健康诊断节点；所述结构健康诊断节点，用于根据所述处理结果提取健康诊断特征，获取诊断结构健康状态以及诊断结果。如上所述的系统，所述多频激励信号发生单元包括依次连接的多频信号发生器、激励信号选择开关和信号放大器，所述激励信号选择开关与所述控制与数据处理单元相连接，所述信号放大器与线圈选通单元、数据采集单元相连接。如上所述的系统，所述多频激励信号发生单元包括依次连接的多频数字信号寄存器、D/A转换器和信号放大器，所述多频数字激励信号寄存器、D/A转换器分别与所述控制与数据处理单元相连接，所述信号放大器与线圈选通单元、数据采集单元相连接。如上所述的系统，所述结构健康诊断节点包括：数据处理单元以及与所述数据处理单元相连接的第二时间同步单元、第二以太网交换单元、存储单元；所述第二以太网交换单元分别与所述第二时间同步单元、涡流阵列检测节点相连接，所述第二时间同步单元通过同步信号线与所述涡流阵列检测节点相连接。如上所述的系统，还包括：一个或多个网络设备，与所述结构健康诊断节点相连接，用于根据用户需求对所述诊断结果进行相应处理；其中，所述网络设备包括以下至少之一：遥控器、智能手机、平板电脑、手表、手环。本专利技术的另一方面提供了一种基于上述的分布式结构健康监测系统的监测方法，包括：涡流阵列检测节点向结构健康诊断节点进行注册，获取IP地址并进行时间同步；所述结构健康诊断节点设定每个涡流阵列检测节点的工作顺序、工作时间、采用的检测方式，并把设定结果通知所述涡流阵列检测节点；所述涡流阵列检测节点根据所通知的工作顺序、工作时间和采用的检测方式对待监测结构进行检测，对所获取的检测数据进行处理，并把处理结果发送给所述结构健康诊断节点；所述结构健康诊断节点对所述处理结果进行存储、诊断处理，获取结构健康状态以及诊断结果。如上所述的方法，所述涡流阵列检测节点向结构健康诊断节点进行注册，获取IP地址并进行时间同步，包括：所述涡流阵列检测节点以广播方式发送用于与所述结构健康诊断节点进行通信的发现消息，所述发现消息中包括所述涡流阵列检测节点的MAC地址和预先配置的MAC地址管辖表，其中，所述MCD地址管辖表中存储有结构健康诊断节点与MAC地址之间的管辖映射信息；所述结构健康诊断节点接收所述发现消息，并根据所述涡流阵列检测节点的MAC地址和MAC地址管辖表判断是否给涡流阵列检测节点分配IP地址；若确定给所述涡流阵列检测节点分配IP地址，则所述结构健康诊断节点向所述涡流阵列检测节点发送一提供信息，所述提供信息中包括所述结构健康诊断节点的IP地址以及分配给所述涡流阵列检测节点的IP地址；所述涡流阵列检测节点接收提供信息，并以广播的方式反馈一请求信息，所述请求信息中用于向所述结构健康诊断节点请求IP地址；在所述结构健康诊断节点接收所述请求信息，将待分配的IP地址与所述涡流阵列检测节点的MAC地址和应用层标识进行绑定，并向所述涡流阵列检测节点发送确认信息，所述确认信息中包括待分配的IP地址；所述涡流阵列检测节点接收确认信息，并将自身IP地址设置为所分配的IP地址；所述结构健康诊断节点按照预设的时间间隔向所述涡流阵列检测节点发送一个时间同步信号，所述涡流阵列检测节点根据所述时间同步信号校准自己的时间，以达到与结构健康诊断节点的时间同步。如上所述的方法，所述涡流阵列检测节点采用的检测方式包括以下至少之一：激励信号、激励线圈、接收线圈。如上所述的方法，所述涡流阵列检测节点根据所通知的工作顺序、工作时间和采用的检测方式对待监测结构进行检测，对所获取的检测数据进行处理，并把处理结果发送给所述结构健康诊断节点，包括：所述涡流阵列检测节点根据所通知的检测方式依次选定一个激励信号、激励线圈、接收线圈组合，并把选定的激励线圈与多频激励信号发生单元接通，接收线圈与交流电桥接通；控制与数据处理单元根据所通知的检测方式控制多频激励信号发生单元产生多频激励信号，并控制数据采集单元对交流电桥的输出信号进行数据采集，将采集数据发送给所述控制与数据处理单元；所述控制与数据处理单元对所述采集数据进行数字信号处理，并把处理结果发送给所述结构健康诊断节点。如上所述的方法，所述控制与数据处理单元根据所通知的检测方式控制多频激励信号发生单元产生多频激励信号，包括：通过不同的振荡电路产生相应频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分布式结构健康监测系统，包括：结构健康诊断节点以及与所述结构健康诊断节点相连接的一个或多个涡流阵列检测节点，其特征在于，所述涡流阵列检测节点包括：控制与数据处理单元以及与所述控制与数据处理单元相连接的多频激励信号发生单元、线圈选通单元、数据采集单元；其中，所述多频激励信号发生单元依次通过所述线圈选通单元、交流电桥与所述数据采集单元相连接，且所述线圈选通单元连接有线圈阵列；所述控制与数据处理单元分别通过第一以太网交换单元、第一时间同步单元与所述结构健康诊断节点、其他涡流阵列检测节点相连接；其中，所述控制与数据处理单元：用于根据预设的检测方式控制所述多频激励信号发生单元产生多频激励信号，所述多频激励信号经过所述线圈选通单元、交流电桥产生输出信号；所述控制与数据处理单元通过所述数据采集单元对所述输出信号进行数据采集，并对采集数据进行处理，将处理结果通过第一以太网交换单元与第一时间同步单元同步至所述结构健康诊断节点；所述结构健康诊断节点，用于根据所述处理结果提取健康诊断特征，获取诊断结构健康状态以及诊断结果。

【技术特征摘要】
1.一种分布式结构健康监测系统，包括：结构健康诊断节点以及与所述结构健康诊断节点相连接的一个或多个涡流阵列检测节点，其特征在于，所述涡流阵列检测节点包括：控制与数据处理单元以及与所述控制与数据处理单元相连接的多频激励信号发生单元、线圈选通单元、数据采集单元；其中，所述多频激励信号发生单元依次通过所述线圈选通单元、交流电桥与所述数据采集单元相连接，且所述线圈选通单元连接有线圈阵列；所述控制与数据处理单元分别通过第一以太网交换单元、第一时间同步单元与所述结构健康诊断节点、其他涡流阵列检测节点相连接；其中，所述控制与数据处理单元：用于根据预设的检测方式控制所述多频激励信号发生单元产生多频激励信号，所述多频激励信号经过所述线圈选通单元、交流电桥产生输出信号；所述控制与数据处理单元通过所述数据采集单元对所述输出信号进行数据采集，并对采集数据进行处理，将处理结果通过第一以太网交换单元与第一时间同步单元同步至所述结构健康诊断节点；所述结构健康诊断节点，用于根据所述处理结果提取健康诊断特征，获取诊断结构健康状态以及诊断结果。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多频激励信号发生单元包括依次连接的多频信号发生器、激励信号选择开关和信号放大器，所述激励信号选择开关与所述控制与数据处理单元相连接，所述信号放大器与线圈选通单元、数据采集单元相连接。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多频激励信号发生单元包括依次连接的多频数字信号寄存器、D/A转换器和信号放大器，所述多频数字激励信号寄存器、D/A转换器分别与所述控制与数据处理单元相连接，所述信号放大器与线圈选通单元、数据采集单元相连接。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述结构健康诊断节点包括：数据处理单元以及与所述数据处理单元相连接的第二时间同步单元、第二以太网交换单元、存储单元；所述第二以太网交换单元分别与所述第二时间同步单元、涡流阵列检测节点相连接，所述第二时间同步单元通过同步信号线与所述涡流阵列检测节点相连接。5.根据权利要求1-4中任意一项所述的系统，其特征在于，还包括：一个或多个网络设备，与所述结构健康诊断节点相连接，用于根据用户需求对所述诊断结果进行相应处理；其中，所述网络设备包括以下至少之一：遥控器、智能手机、平板电脑、手表、手环。6.一种基于权利要求1所述的分布式结构健康监测系统的监测方法，其特征在于，包括：涡流阵列检测节点向结构健康诊断节点进行注册，获取IP地址并进行时间同步；所述结构健康诊断节点设定每个涡流阵列检测节点的工作顺序、工作时间、采用的检测方式，并把设定结果通知所述涡流阵列检测节点；所述涡流阵列检测节点根据所通知的工作顺序、工作时间和采用的检测方式对待监测结构进行检测，对所获取的检测数据进行处理，并把处理结果发送给所述结构健康诊断节点；所述结构健康诊断节点对所述处理结果进行存储、诊断处理，获取结构健康状态以及诊断结果...

【专利技术属性】
技术研发人员：解建涛，
申请(专利权)人：北京环宇智联科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11