专利名称：飞机强度应变检测方法和该方法的飞机强度应变检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种材料结构检测的方法和系统，特别是涉及一种用于材料强度应变检测的方法和系统。
背景技术：
金属丝的电阻值除 了与材料的性质有关之外，还与金属丝的长度，横截面积有关。将金属丝粘贴在构件上，当构件受力变形时，金属丝的长度和横截面积也随着构件一起变化，进而发生电阻变化。由此可知，金属丝在产生应变效应时，应变量与电阻变化率成线性关系，这就是利用金属应变片来测量构件应变的理论基础。如图I所示，目前进行飞机静态载荷情况下的应变模拟监测，多采用电阻应变片，其流程是在飞机组装好后，工作人员进入机身内部进行相关节点的电阻应变片01的粘贴，对每只应变片的节点位置、标号等进行标记，然后将每只应变片通过连接导线02经过较长距离连接到监控室，监控室内部有相关的数据处理机柜03和电脑04接收每只应变片采集的信号。数据处理机柜03内部将电阻信号转换成应变信号，通过相关处理软件在电脑04上进行飞机强度应变状态的显示。但由于应变片使用数量数量巨大，有时一架飞机就需要大约I 2万只电阻应变片，仅应变片的粘贴就需要长达数月的时间，大大影响了型号工程的研制进度，并且由于电阻应变片的工作可靠性差，易受电磁干扰，其成活率有时仅为70%左右，不能满足飞机模拟载荷试验监测的需求。电阻应变片在使用过程中，存在线路电阻误差的问题，连接导线越长，引入的电阻误差越大，为了减小这种误差，需要进行电阻补偿，要多加一根导线，目前普遍采用三线制电阻应变片，这样每只电阻应变片就包含三根线，一架飞机至少有上万根导线，造成浪费成本，耽误电阻应变片施工周期。这也导致在试验现场是一个很庞大的线团，现场混乱，占用面积大，，一旦某只应变片出现问题，查找起来特别困难，即费时又不能够准确的找出问题，严重耽误了飞机的试验周期。同时采集系统功耗较大，既要为应变片供电进行电阻补偿，又要自身处理工作，电能消耗较大。由于传感器众多，使得常规设计的采集系统组成结构复杂，传输速率低，易受外界电磁信号干扰。使用大量的电阻应变片带来现场线路特别复杂，给标识、定位带来非常大的困难，不易查找问题根源，这为全方位掌握飞机强度载荷下的应变情况带来无法根除的隐患。

发明内容
本发明的目的是提供一种飞机强度应变检测的方法，解决传统强度应变检测中传感器信号误差不易消除、信号采集效率低、采集线路复杂的技术问题。本发明的另一个目的是提供一种利用上述飞机强度应变检测的方法形成的飞机强度应变检测系统，解决传统强度应变检测中检测电路布线复杂，信号处理能力较低的技术问题。
本发明的飞机强度应变检测方法，包括以下步骤步骤一，在飞机上设置机上信号处理模块，在监控室设置监控显示模块，利用光缆在二者间建立数据传输通道；步骤二，将飞机构件节点上布设的电阻应变片用导线连接至机上信号处理模块，机上信号处理模块完成各电阻应变片实时电压值的信号采集、信号模数转换、数字信号复接、数字信号光电转换和光信号传输；步骤三，监控显示模块对接收的光信号进行光电转化，从高速数字信号流中解复接出各电阻应变片的实时电压数据，将电压数据处理为与电压数据对应的强度应变数据，并进行存储；步骤四，根据检测需要，将各构件节点的强度应变数据图形化实时显示。所述步骤二包括将相应电阻应变片与机上信号处理模块间的导线连接电路设置冗余传输链路，或是设置差分传输方式。根据所述的飞机强度应变检测方法形成的飞机强度应变检测系统，包括电阻应变片，其特征在于还包括机上信号处理模块，光缆和监控显示模块，机上信号处理模块，用于将接收的电阻应变片的实时电压变化信号米样、放大和模数转换为数字信号，将来自不同传感器的低速数字信号复接入高速数字信号流，将高速信号转换为光信号，通过与机上信号处理模块相连接的光缆，向上位设备传输；监控显示模块，用于完成数字信号的光电转化，将高速信号流中与各传感器对应的低速信号解复接为对应的低速信号流，对各低速信号流进行数字处理和存储，将各传感器对应的各构件结构节点的强度应变数据实时显示；光缆，两端分别连接机上信号处理模块与监控显示模块的数据端口，形成数据传输通道。所述机上信号处理模块包括信号接收模块、模数转换模块、多路复接模块和第一光电转换模块，信号接收模块，用于对电阻应变片的电压变化状态进行采样，将微小信号进行放大，用于后续电路处理；模数转换模块，用于将经过放大的模拟量电压信号转换为电压的数字信号，并按时序以数据流形式输出；多路复接模块，用于将各电阻应变片的电压数据流复接到高速数字信号流，并输出高速数字信号流；第一光电转换模块，用于将高速数字信号流的电信号转换为光信号，通过光缆进行传输。所述监控显示模块包括第二光电转换模块、多路解复接模块、数据处理模块和显示终端，第二光电转换模块，用于将光缆传输的光信号转换为电信号的高速数字信号流；多路解复接模块，用于从高速数字信号流中拆分出相应电阻应变片对应的电压数据流，传输至数据处理模块；数据处理模块，用于对各电压数据流进行处理，形成对应各构件节点的强度应变数据，并进行存储；显示终端，根据数据处理模块传送的强度应变数据，显示相应构件节点的状态信
肩、O所述信号接收模块包括电阻电压变换模块和小信号放大模块，电阻电压变换模块，用于采集电阻应变片的实时电 压信号，小信号放大模块，用于将采集到的实时电压信号进行放大。所述光缆采用铠装光缆，或采用预埋方式布设。所述信号接收模块采用开关式采样部件。本发明的飞机强度应变检测方法，使用光缆构造光通道，使得信号传输通道带宽得到极大改善，可传输超多路复合信号，实现了高速多路数据、信号的传输，进而可以根据检测数量、灵活设计检测通道，配置相应通道数量的模块进行采集系统的任意组合和扩展。缩短电阻应变片信号导线的连接长度，极大简化布线的复杂程度和信号误差，同时由于信号导线变短，不再需要对导线传输误差进行电阻补偿，使得每个电阻应变片的连接导线减少一根，进一步降低了信号误差布线复杂程度。省略了传感器的电阻补偿电路，降低了检测成本，提高了传感器布设效率。采用本发明的飞机强度应变检测的方法，检测现场仅需一个机柜和一根光缆，即可实现数据采集，作业现场整洁、有序，不占用工作场地。本发明的飞机强度应变检测系统采用光纤进行信号传输，摈弃了传统的电缆导线，减轻了检测系统的整体体积，利用光纤带宽宽的特性，基于多路数据复接技术实现了超多路海量信号的单根光缆传输，将多路信号进行打包处理，实现并串转换功能，大大减少了传输链路的复杂化，实现对应节点的一一对应，互不干扰，即使某一节点出现问题，也不会影响其他节点进行信号传输，降低了系统的误码率，提高了采集速率。下面结合附图对本发明的实施例作进一步说明。


图I为现有飞机强度应变检测系统的结构示意图；图2为利用本发明飞机强度应变检测方法形成的飞机强度应变检测系统结构示意图；图3为本发明飞机强度应变检测系统中机上模块的结构示意图；图4为本发明飞机强度应变检测系统实施例I中机上模块的应用示意图；图5为本发明飞机强度应变检测系统中监控显示模块的结构示意图。
具体实施例方式本发明的飞机强度应变检测方法主要通过以下步骤步骤一，在飞机上设置机上信号处理模块，在监控室设置监控显示模块，利用光缆在二者间建立数据传输通道；步骤二，将飞机构件节点上布设的电阻应变片用导线连接至机上信号处理模块，机上信号处理模块完成各电阻应变片实时电压值的信号采集、信号模数转换、数字信号复接、数字信号光电转换和光信号传输；步骤三，监控显示模块对接收的光信号进行光电转化，从高速数字信号流中解复接出各电阻应变片的实时电压数据，将电压数据处理为与电压数据对应的强度应变数据，并进行存储；步骤四，根据检测需要，将各构件节点的强度应变数据图形化实时显示。通过以上检测方法，可以缩短电阻应变片信号导线的连接长度，极大简化布线的复杂程度，同时由于信号导线变短，不再需要对导线传输误差进行电阻补偿，使得每个电阻应变片的连接导线减少一根，进一步降低了布线复杂程度和信号误差。在步骤二中，根据电阻应变片 的数量和布设位置，可以对导线的布线方案灵活设计，通过改变导线的连接拓扑结构，实现信号传输链路冗余，实现信号差分传输，提高电信号传输可靠性。利用本发明的飞机强度应变检测方法形成的飞机强度应变检测系统，如图2所不，包括若干个作为传感器的电阻应变片01,机上信号处理模块05,光缆06和监控显不模块07，机上信号处理模块05,用于将接收的电阻应变片01的电压变化信号米样、放大和模数转换为数字信号，将来自不同传感器的低速数字信号复接入高速数字信号流，将高速信号转换为光信号，通过与机上信号处理模块05相连接的光缆06，向上位设备传输；光缆06，两端分别连接机上信号处理模块05与监控显示模块07的数据端口，形成数据传输通道，为了避免测试现场往来人员和车辆对传输通道的意外损坏，光缆06采用铠装光缆，或采用预埋的布设形式，起到提高抗侧压、鼠咬，抗拉等机械性能的作用；监控显示模块07，用于完成数字信号的光电转化，将高速信号流中与各传感器对应的低速信号解复接为对应的低速信号流，对各低速信号流进行数字处理和存储，将各传感器对应的各构件结构节点的强度应变数据实时显示。如图3所示，机上信号处理模块05包括信号接收模块051、模数转换模块052、多路复接模块053、第一光电转换模块054和第一电源管理模块08,信号接收模块051，用于对电阻应变片01的电压变化状态进行采样，将微小信号进行放大，用于后续电路处理；信号接收模块051包括电阻电压变换模块051a和小信号放大模块051b,电阻电压变换模块051a,用于米集电阻应变片01的实时电压信号,小信号放大模块051b,用于将米集到的实时电压信号进行放大；模数转换模块052，用于将经过放大的模拟量电压信号转换为电压的数字信号，并按时序以数据流形式输出；多路复接模块053，用于将各电阻应变片01的电压数据流复接到高速数字信号流，并输出高速数字信号流；第一光电转换模块054，用于将高速数字信号流的电信号转换为光信号，通过光缆06进行传输；第一电源管理模块08，用于为各信号接收模块051、模数转换模块052、多路复接模块053、第一光电转换模块054和电阻应变片01提供工作电源。如图4所示，实施例I根据检测需求，根据传感器的数量以及传感器在构件上的分布特点，可以根据不同数量和区域的电阻应变片01配置相应的多通道的模数转换模块052和多路复接模块053，形成多个信号数据传输路径，组成复杂的传输路径拓扑结构，实现信号链路多路径传输，保证信号传输的可靠性。进而可以根据检测数量、灵活设计检测通道，配置相应通道数量的模块进行采集系统的任意组合和扩展。如图5所示，监控显示模块07包括第二光电转换模块071、多路解复接模块072、数据处理模块073、显示终端074和第二电源管理模块09，第二光电转换模块071，用于将光缆06传输的光信号转换为电信号的高速数字信号流；多路解复接模块072，用于 从高速数字信号流中拆分出相应电阻应变片01对应的电压数据流，传输至数据处理模块073 ；数据处理模块073，用于对各电压数据流进行处理，形成对应各构件节点的强度应变数据，并进行存储；显示终端074，根据数据处理模块073传送的强度应变数据，显示相应构件节点的状态信息；第二电源管理模块09，用于为第二光电转换模块071、多路解复接模块072、数据处理模块073、显示终端074提供工作电源。在实际应用中，将包括电阻应变片在内的各种传感器通过机上信号处理模块05就近采集信号，使布线工作量大幅降低，同时省略了作为匹配电阻的导线，使信号精度得到提高。机上信号处理模块05将低速信号复接入高速信号流以光信号传输，避免了在测试现场复杂电磁环境对信号的干扰。在监控室中，通过监控显示模块07将光传输信号转换为电信号并从中拆分出各传感器对应的实时电压信号，经数字处理后将超多路信号中的每一路按照节点位置对应复原，并实现实时采集显示，跟踪机上模块采集的信号变化。本发明的飞机强度应变检测系统明显改善了测试项目进度、降低了能耗、提高了测试精度。利用光纤良好的传输性能，方便地实现了飞机强度试验检测中的机体应变信号与监控室远程监控之间信号检测和传输，克服了常规手段监测带来的线路繁杂的问题。针对超多路的电阻应变片，本发明的飞机强度应变检测系统可以采用统一的电源管理、布局设计，在机上信号处理模块设计电桥桥路，机体上的电阻应变片作为电桥桥路的可变电阻，其实时变化通过桥路电压节点实时反映出来，在对超多路信号采集时采取开关式采样模式，减少电路的布局面积，缩小体积。在具体实施例中多路复接模块053和多路解复接模块072可以使用通信行业中管用的PCM复用设备，完成低速数据流与高速数据流的复接与解复接，第一光电转换模块054和第二光电转换模块071可以采用PDH光传输设备。利用PCM复用设备和PDH光传输设备中数据码流的网络管理字段，可以实现误码自检，如果某一路数据出现问题不影响其他路正常的信号采集和传输。信号接收模块051采用开关式采样部件，可以高速密集采样，能够有效保证采样率。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
权利要求
1.一种飞机强度应变检测方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，在飞机上设置机上信号处理模块，在监控室设置监控显示模块，利用光缆在二者间建立数据传输通道； 步骤二，将飞机构件节点上布设的电阻应变片用导线连接至机上信号处理模块，机上信号处理模块完成各电阻应变片实时电压值的信号采集、信号模数转换、数字信号复接、数字信号光电转换和光信号传输； 步骤三，监控显示模块对接收的光信号进行光电转化，从高速数字信号流中解复接出各电阻应变片的实时电压数据，将电压数据处理为与电压数据对应的强度应变数据，并进行存储； 步骤四，根据检测需要，将各构件节点的强度应变数据图形化实时显示。
2.根据权利要求I所述的飞机强度应变检测方法，其特征在于，所述步骤二包括· 将相应电阻应变片与机上信号处理模块间的导线连接电路设置冗余传输链路，或是设置差分传输方式。
3.根据权利要求I或2所述的飞机强度应变检测方法形成的飞机强度应变检测系统，包括电阻应变片(01)，其特征在于还包括机上信号处理模块(05)，光缆(06)和监控显示模块(07)， 机上信号处理模块(05),用于将接收的电阻应变片(01)的实时电压变化信号米样、放大和模数转换为数字信号，将来自不同传感器的低速数字信号复接入高速数字信号流，将高速信号转换为光信号，通过与机上信号处理模块(05)相连接的光缆(06)，向上位设备传输; 监控显示模块(07)，用于完成数字信号的光电转化，将高速信号流中与各传感器对应的低速信号解复接为对应的低速信号流，对各低速信号流进行数字处理和存储，将各传感器对应的各构件结构节点的强度应变数据实时显示； 光缆(06)，两端分别连接机上信号处理模块(05)与监控显示模块(07)的数据端口，形成数据传输通道。
4.根据权利要求3所述的飞机强度应变检测系统，其特征在于所述机上信号处理模块(05)包括信号接收模块(051)、模数转换模块(052)、多路复接模块(053)和第一光电转换模块(054)， 信号接收模块(051)，用于对电阻应变片(01)的电压变化状态进行采样，将微小信号进行放大，用于后续电路处理； 模数转换模块(052)，用于将经过放大的模拟量电压信号转换为电压的数字信号，并按时序以数据流形式输出； 多路复接模块(053)，用于将各电阻应变片(01)的电压数据流复接到高速数字信号流，并输出高速数字信号流； 第一光电转换模块(054)，用于将高速数字信号流的电信号转换为光信号，通过光缆(06 )进行传输。
5.根据权利要求4所述的飞机强度应变检测系统，其特征在于所述监控显示模块(07)包括第二光电转换模块(071)、多路解复接模块(072)、数据处理模块(073)和显示终端(074)，第二光电转换模块(071)，用于将光缆(06)传输的光信号转换为电信号的高速数字信号流； 多路解复接模块(072)，用于从高速数字信号流中拆分出相应电阻应变片(01)对应的电压数据流，传输至数据处理模块(073)； 数据处理模块(073)，用于对各电压数据流进行处理，形成对应各构件节点的强度应变数据，并进行存储； 显示终端(074)，根据数据处理模块(073)传送的强度应变数据，显示相应构件节点的状态信息。
6.根据权利要求4或5所述的飞机强度应变检测系统，其特征在于所述信号接收模块(051)包括电阻电压变换模块(051a)和小信号放大模块(051b)，电阻电压变换模块 (051a)，用于采集电阻应变片(01)的实时电压信号，小信号放大模块(051b)，用于将采集到的实时电压信号进行放大。
7.根据权利要求6所述的飞机强度应变检测系统，其特征在于所述光缆(06)采用铠装光缆，或采用预埋方式布设。
8.根据权利要求7所述的飞机强度应变检测系统，其特征在于所述信号接收模块(051)采用开关式采样部件。
全文摘要
一种飞机强度应变检测方法，包括步骤在飞机上设置机上信号处理模块，在监控室设置监控显示模块，利用光缆在二者间建立数据传输通道；将飞机构件节点上布设的电阻应变片用导线连接至机上信号处理模块，机上信号处理模块完成各电阻应变片实时电压值的信号采集、模数转换、数字信号复接、信号光电转换和光信号传输；监控显示模块对接收的光信号进行光电转化，从高速数字信号流中解复接出各电阻应变片的实时电压数据，将电压数据处理为与电压数据对应的强度应变数据，并进行存储；根据检测需要，将各构件节点的强度应变数据图形化实时显示。实现了高速多路数据、信号的传输，极大简化布线的复杂程度和信号误差。还包括一种飞机强度应变检测系统。
文档编号G01N27/04GK102878920SQ20121025573
公开日2013年1月16日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者陆兆辉 申请人:中国电子科技集团公司第八研究所