一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法及系统

1.本发明涉及结构监测领域，特别涉及一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法及系统。


背景技术：

2.复合材料具有比强度高、比模量大，结构可设计等优点，在结构轻量化制造、结构运行维护经济性、结构设计先进性等方面具有明显优势。因此被广泛用于航空航天领域。但复合材料结构在服役过程中不可避免会受到鸟撞、飞石等异物撞击而在复合材料内部形成各种几乎不可见的损伤，导致结构的承载性能发生退化，严重威胁航空航天装备的在役安全。如何通过有效的技术手段实现在役结构外部撞击的实时监测和结构损伤的高效诊断是航空航天装备结构健康监测领域研究的一个重要课题。
3.针对于在役结构的撞击监测，一种有效的技术手段是通过集成在复合材料结构上的传感网络进行实时被动监测，并利用冲击响应信号实现结构的冲击定位及冲击能量估计，从而将后续的检修和维护工作限制在有限的局部区域内。而在结构损伤检测方面，常规无损检测技术有超声扫描，涡流，热成像等。这些方法通常只能在事后对结构进行逐点、逐区域扫描测量，对于大型结构来说时间成本和经济成本高，且一般难以实现结构不可达部位的损伤检测。基于压电传感的超声导波具有传播能力强，检测效率高且结构可集成等优点，因此被广泛应用于航空航天装备及构件的损伤检测。
4.然而，在现有技术中，主动结构损伤扫查和被动结构撞击监测是相互独立分开的，因此结构损伤检测策略大多根据事先设置好的传感路径进行穷尽式扫查，亦或是依赖于工程人员根据被动式撞击监测系统提供的信息在事后进行手动输入和调整，不仅检测缺乏针对性、时间成本高且无法及时对可能的损伤区域进行检测，导致微小损伤在载荷持续作用下发生扩展，最终引发灾难性事件。


技术实现要素：

5.为解决上述现有技术中存在的不足，本发明提供一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，具体方案如下：
6.s100、主被动传感器网络实时监测撞击事件生成应力波信号,将所述应力波信号传输至主机单元；
7.s200、所述主机单元对所述应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至所述主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；
8.s300、所述主动被传感网络对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将所述导波信号传输至所述主机单元，以对所述复合材料进行主被动一体化的检测。
9.本发明提供一种主被动一体化的复合材料结构健康监测系统，包括：
10.主被动传感器网络，用于实时监测撞击事件生成应力波信号,将所述应力波信号传输至主机单元；
11.主机单元，用于所述主机单元对所述应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至所述主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；
12.所述主被动传感器网络还用于对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将所述导波信号传输至所述主机单元，以对所述复合材料进行主被动一体化的检测。
13.基于上述，与现有技术相比，本发明提供的一种主被动一体化的复合材料结构健康监测系统及方法将主动式损伤监测和被动式撞击监测相结合，构建主被动有机融合、协同联动的主被动结构一体化结构损伤监测系统和方法，实时获取复合材料结构健康情况，及时做出维护和任务调整决策，其检测效率高、检测结果准确，保证了航空航天装备服役安全性、可靠性。
14.本发明的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
16.图1本发明主被动一体化结构健康监测方法流程示意图；
17.图2本发明主被动一体化结构健康监测系统工作过程示意图；
18.图3位本发明主被动一体化结构健康监测方法的流程框图；
19.图4为本发明生成应力波信号并传输至主机单元的流程示意图；
20.图5为被动式结构撞击监测单元对应力波信号进行处理传输的流程示意图；
21.图6为主机单元对应力波信号进行处理的流程示意图；
22.图7为主被动一体化结构健康监测主动扫查的流程示意图；
23.图8为本发明主被动一体化健康监测系统架构组成；
24.图9为本发明主被动一体化结构健康监测系统主机控制单元结构示意图；
25.图10为本发明矩阵式切换开关单元结构示意图；
26.图11为本发明被动式结构撞击检测单元结构示意图
27.图12为本发明主动式结构损伤检测单元结构示意图
28.图13为主被动传感网络撞击定位结果示意图；
29.图14为撞击中心位置扫查策略示意图；
30.图15为撞击中心位置应力波扫查辐射面示意图；
31.图16为撞击位置l1区域扫查策略示意图；
32.图17为撞击位置l2区域扫查策略示意图；
33.图18为撞击位置l3区域扫查策略示意图；
34.图19为撞击位置l4区域扫查策略示意图。
具体实施方式
35.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；下面所描述的本发明不同实施方式中所设计的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
36.在本发明的描述中，需要说明的是，本发明所使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的含义相同的含义，不能理解为对本发明的限制；应进一步理解，本发明所使用的术语应被理解为具有与这些术语在本说明书的上下文和相关领域中的含义一致的含义，并且不应以理想化或过于正式的意义来理解，除本发明中明确如此定义之外。
37.实施例一
38.请参阅图1至图7，一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，所述主被动一体化的复合材料结构健康监测系统包括主被动传感网络、矩阵式切换开关单元、被动式结构撞击监测单元、主动式结构损伤扫查单元、主机单元，其包括如下步骤：
39.s100、主被动传感器网络实时监测撞击事件生成应力波信号,将所述应力波信号传输至主机单元；
40.s200、所述主机单元对所述应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至所述主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；
41.s300、所述主动被传感网络对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将所述导波信号传输至所述主机单元，以对所述复合材料进行主被动一体化的检测。
42.较佳地，在进行上述步骤之前，需初始化主被动一体化结构健康监测系统，并进入撞击监测模式；
43.具体实施时，通过主机单元对主被动一体化结构健康监测系统初始化，主机单元包括人机交互及信息可视化模块，通过人机交互及信息可视化模块初始化相关参数和相关设置，这些参数包括被测结构虚拟模型、传感网络布局、矩阵开关通道、信号采集参数、导波激励参数等，初始化之后进入撞击监测模式。
44.进一步地，步骤s100包括：
45.s110、主被动传感器网络实时监测结构撞击事件,若发生撞击事件发生则产生应力波信号；
46.s120、将所述应力波信号通过矩阵式切换开关单元传输至被动式结构撞击监测单元进行处理，并传输至主机单元。
47.主被动传感器网络包括被动式监测网络和主动式扫查网络，结构撞击产生应力波信号，被动监测网络感知获取应力波信号。
48.在对复合材料结构进行主被动一体化监测过程中通过矩阵式切换开关单元实现多路信号传输机制。通过矩阵式切换开关单元可以实现应力波信号、导波信号以及激励信号等多路信号的同步激励与接受，一发一收、一发多收、多发一收、多发多收都是可以的，这样极大地提高了诊断效率。需要说明的是，多路信号并不限于应力波信号、导波信号以及激
励信号，其包括在主被动监测过程中所需传输的所有信号。
49.进一步地，步骤s120包括：
50.s121、所述被动式结构撞击监测单元的信号调理模块将所述应力波信号转换为模拟信号；
51.s122、所述模拟信号通过所述被动式结构撞击监测单元的采集模块转换为第一数字信号，并传输至所述主机单元进行处理分析。
52.被动式结构撞击监测单元包括信号调理模块和信号采集模块，被动式结构撞击监测单元对应力波信号进行处理，并将处理后的应力波信号传输至主机单元，具体实施时，信号调理模块将应力波信号转换为模拟信号，模拟信号通过采集模块转换为第一数字信号，随后将第一数字信号传输至主机单元进行处理分析。
53.进一步地，步骤s200包括：
54.s210、所述主机单元对所述应力波信号进行处理分析，获取撞击能量，并比较所述撞击能量和所述主机单元预设的能量阈值；
55.s220、若所述撞击能量超过所述能量阈值，则主机单元生成控制信息；若所述撞击能量未超过所述能量阈值，则此次监测行为结束；
56.s230、将所述控制信息传输至主动式结构损伤检测单元进行处理以通过矩阵式切换开关单元传输至所述主被动传感网络。
57.具体实施时，主机单元对应力波信号进行处理分析，确定撞击事件的撞击位置和撞击能量，同时比较撞击能量和主机单元所给定能量阈值，若撞击能量超过给定的能量阈值，则主机单元生成控制信息，执行下一步；若撞击能量未超过给定的能量阈值，则此次监测行为结束；
58.主机单元包括被动式结构健康诊断模块、中央信息交互处理模块、主动式结构损伤模块以及人机交互信息可视化模块，第一数字信号传输至主机单元进行处理分析的步骤如下：
59.被动式结构健康诊断模块分析处理第一数字信号，得到撞击事件的撞击位置和相应的撞击能量，并将分析得到的信息传输至中央信息交互处理模块；
60.中央信息交互处理模块比较撞击能量与主机单元所给定能量阈值，若撞击能量大于主机单元所给定的能量阈值，启动主动式结构损伤诊断模块；
61.主动式结构损伤诊断模块生成第一控制信息。
62.将控制信息传输至主动式结构损伤监测单元和矩阵式切换开关单元，实现主被动一体化结构健康监测系统被动监测向主动检测的转换；
63.主动式结构损伤监测单元包括信号发生及功放模块，信号发生及功放模块接收第一控制信息产生激励信号，并将激励信号放大经矩阵式切换开关单元传输至主被动传感器网络。
64.将控制信息传输至主被动传感器网络进行主动检测。
65.进一步地，步骤s300包括：
66.s310、所述主被动传感网络接收到所述控制信息对复合材料结构主动扫查得到导波信号；
67.s320、所述导波信号通过所述矩阵式切换开关单元传输至所述主动式结构损伤监
测单元；
68.s330、所述主动式结构式损伤监测单元对所述导波信号进行处理后传输至所述主机单元，对所述导波信号进行分析得到撞击事件的结构损伤信息。
69.主被动传感网络接收到控制信息进行主动结构撞击扫查得到导波信号，导波信号由主动式扫查网络收集传输。导波信号包括撞击事件引起的结构损伤信息，对导波信号的处理是对撞击引起的结构损伤进行诊断，其包括对损伤成像诊断以及损伤定量化诊断，损伤成像诊断是在通过应力波信号得到粗略的撞击位置的基础上，对撞击位置进行更细化的定位；损伤定量化诊断是对撞击损伤进行量化，得到损伤的程度。
70.主动式结构损伤实时扫查诊断方法
71.现有技术中，结构损伤检测策略是根据事先设置好的传感路径进行穷尽式扫查，亦或是工程人员根据被动监测信息手动进行配置，本质上是一种离线式诊断方式，不仅效率低下且不具备实时针对性。为此发明提出一种充分利用被动式结构撞击监测系统的信息实现高效的主动式结构损伤实时扫查诊断的策略。如图13所示，对于一个集成有主被动监测网络的被测结构，当某次撞击事件发生时，通过被动监测模块的粗定位算法可以获取结构的撞击区域。充分利用这一信息，可以将导波的检测限定在撞击区域年内实现有针对性的结构检查，极大程度解放系统的检测负担。而在这个由四个压电传感器组成的矩形区域内，被动式撞击结构撞击监测模块的二次精确定位结果有五种情况：位于中心位置、l1区、l2区、l3区、l4区。策略提供三个通用原则：1)以距离撞击位置最近的传感为激励源，周边相关传感器作为接收，以实现导波辐射面对撞击区域内可能损伤位置的有效覆盖；2)为提高诊断效率，确定最多5条扫描路径，高密度固然提供更多信息，但对于在线诊断而言，高效诊断是一个关键因素；3)路径最多跨两个区域，因为路径传播越远，衰减越严重，信信噪比越低，信号处理越困难，同时波传播途经越多区域(如从平板区到加筋区)，结构带来随机性越大，导波模态越复杂。因此根据这样的原则，当精定位结果为撞击处于l1～l4区时，导波扫查策略与撞击区域在结构上的分布有极大的关系。如图13所示，主要差异体现在a1～a4四个特殊边角区域。
72.当精定位结果为撞击位于中心位置时，任何区域都可以直接采用图14所示的对角线激励扫描策略。由于撞击所在的中心位置是两次激励的直接传递路径上，所采集的导波信号可以实现有效的损伤诊断。
73.需要说明的是，如图15所示所激发的导波是一种从激励点发出向四周扩散的应力波，形成一个相对较广的辐射面，在传播过程中当遇到不连续结构时，一部分应力波发生反射，一部分则穿过不连续介质形成透射波。这些波可以被传感器所接收用于结构损伤诊断。需要说明的是，对于结构损伤诊断而言，只需保证损伤位置是位于导波激励的组成的扫查辐射面内，而无需要要求损伤位置一定位于扫查路径上。
74.当精定位结果为撞击位于l1区时，特殊的区域为a2～a4区域。而对于其他区域一定可以找到如图16所示的相邻区域并以a点为激励源同时实现5条路径的损伤诊断，且这5条途径的扫描面积可以有效覆盖整个l1区域，以避免损伤漏查情况。对于a2和a3区域，除了以a点为激励源同时实现4条路径的损伤扫查外，补充b-d扫查路径以实现l1区域的扫查有效覆盖。对于a4区域，以a点为激励源同时实现3条路径的损伤扫查，并补充2条路径以实现撞击区域有效覆盖。
75.当精定位结果为撞击位于l2区时，特殊的区域为a1、a3、a4区域。而对于其他区域一定可以找到如图17所示的相邻区域并以d点为激励源同时实现5条路径的损伤诊断，且这5条途径的扫描面积可以有效覆盖整个l2区域，以避免损伤漏查情况。对于a1和a4区域，除了以d点为激励源同时实现4条路径的损伤扫查外，补充c-a扫查路径以实现l2区域的扫查有效覆盖。对于a3区域，以d点为激励源同时实现3条路径的损伤扫查，并补充2条路径以实现撞击区域有效覆盖。
76.当精定位结果为撞击位于l3区时，特殊的区域为a1、a2、a4区域。而对于其他区域一定可以找到如图18所示的相邻区域并以b点为激励源同时实现5条路径的损伤诊断，且这5条途径的扫描面积可以有效覆盖整个l3区域，以避免损伤漏查情况。对于a1和a4区域，除了以b点为激励源同时实现4条路径的损伤扫查外，补充a-c扫查路径以实现l3区域的扫查有效覆盖。对于a2区域，以d点为激励源同时实现3条路径的损伤扫查，并补充2条路径以实现撞击区域有效覆盖。
77.当精定位结果为撞击位于l4区时，特殊的区域为a1～a4区域。而对于其他区域一定可以找到如图19所示的相邻区域并以c点为激励源同时实现5条路径的损伤诊断，且这5条途径的扫描面积可以有效覆盖整个l4区域，以避免损伤漏查情况。对于a1和a3区域，除了以c点为激励源同时实现4条路径的损伤扫查外，补充d-b扫查路径以实现l4区域的扫查有效覆盖。对于a1区域，以d点为激励源同时实现3条路径的损伤扫查，并补充2条路径以实现撞击区域有效覆盖。
78.导波信号通过矩阵式切换开关单元传输至主动式结构损伤监测单元；
79.当通过主被动传感器网络使用上述主动式结构损伤实时扫查诊断方法进行主动扫查之后生成导波信号，矩阵衰减器的双掷继电器公共端与主动式扫查网络相连接，常闭触点连接至主动式结构损伤检测单元作为导波信号传输通道，将导波信号传输至主动式结构损伤检测单元，主动式结构损伤检测单元包括信号调理及采集模块，信号调理及采集模块将矩阵切换开关单元选通的主动式传感网络的导波信号调理成可存储处理的第二数字信号。
80.主动式结构式损伤检测单元将导波信号进行处理后传输至主机单元，主机单元具有主动式结构损伤诊断模块，其集成有基于机器学习和统计分析的超声导波环境补偿方法、基于基准导波信号匹配的温度补偿方法等温度补偿算法用于解决导波温度漂移现象；此外还集成了基于椭圆加权概率的导波成像算法、基于支持向量机的结构损伤检测方法、基于卷积神经网络的结构损伤量化方法等多种方法用于试件结构损伤的高效评价。主动式结构损伤检测单元根据主机单元的控制信息进行导波激励，并将主动式扫查网络的导波信号传输至中央信息交互处理模进行分析处理，从而对结构健康情况进行评价.
81.需要说明的是，本发明的主被动传感器网络中的被动式监测网络对撞击事件进行粗定位损伤区域，然后将应力波信号传输给主机单元，主机单元再实施主动检测，随后主动式扫查网络使用主动式结构损伤实时扫查诊断方法仅针对损伤区域进行检测，这不同于现有技术的穷尽式扫查，对损伤区域进行针对性的导波激励，加快了检查效率，并且在先实施进行被动式监测和主动式检测，避免了信息的更新不及时导致微小损伤在载荷持续作用下发生扩展，最终引发灾难性事件。
82.实施例二
83.请参阅图8，一种主被动一体化的复合材料结构健康监测系统，其包括主被动传感器网络、矩阵式切换开关单元、被动式结构撞击监测单元、主动式结构损伤检测单元以及主机单元；主被动传感器网络通过矩阵式切换开关单元与被动式结构撞击监测单元、主动式结构损伤检测单元连接，主机单元分别与矩阵式切换开关单元、被动式结构撞击监测单元以及主动式结构损伤监测单元连接。
84.主被动传感器网络包括被动式监测网络和主动式扫查网络，应力波信号由被动监测网络生成，导波信号有主动式扫查网络生成。
85.如图9所示，主机单元包括被动式结构健康诊断模块、中央信息交互处理模块、主动式结构损伤诊断模块和人机交互及信息可视化模块。
86.其中，被动式结构撞击诊断模块集成有基于动态时间规整及质心加权的结构撞击定位、基于卷积神经网络及质心加权的结构撞击定位方法等定位算法用于实现高效的撞击定位；此外，还集成基于系统辨识的撞击载荷反演方法、基于动态贝叶斯网络的撞击载荷反演方法等撞击载荷重构方法用于估计撞击能量。结构撞击产生的应力波信号经过被动式结构撞击监测单元传输至被动式结构撞击诊断模块进行分析处理，最终得到外部撞击发生的位置及相应的撞击能量。
87.中央信息交互处理模块作为系统的控制核心，本质上是一个多功能中央处理器，主要负责结构撞击信息、结构损伤信息、激励信息、控制指令信息等多种交互信息的处理，并与相关系统模块及单元进行信息交互和控制反馈，从而实现主被动模块的高效调控。
88.主动式结构损伤诊断模块集成有基于机器学习和统计分析的超声导波环境补偿方法、基于基准导波信号匹配的温度补偿方法等温度补偿算法用于解决导波温度漂移现象；此外还集成了基于椭圆加权概率的导波成像算法、基于支持向量机的结构损伤检测方法、基于卷积神经网络的结构损伤量化方法等多种方法用于试件结构损伤的高效评价。主动式结构损伤检测单元根据主机单元的控制信息进行导波激励，并将主动式扫查网络的导波信号传输至中央信息交互处理模进行分析处理，从而对结构健康情况进行评价。
89.人机交互及信息可视化模块主要用于实现主机单元内部各个模块的数据流、控制指令等信息的交互处理。其中人机交互部分主要负责数据采集设置、激励信号配置、被测结构模型构建、信号分析方法选择等人机交互控制指令的处理。信息可视化部分则负责结构撞击位置及载荷大小、结构损伤情况、传感网络布设、损伤扫查进程等有关被测结构及相关外围设备的信息的显示。
90.如图10所示，矩阵式切换开关单元包括微cpu控制器、矩阵式衰减器和地址总线，微cpu控制器与矩阵式衰减器、地址总线以及主机单元连接，微cpu控制器与主机单元进行信息交互并接收控制信息，并对矩阵式衰减器各个通道地址进行编译并控制地址总线的选通，从而实现矩阵式衰减器各通道信号的传输。
91.矩阵式衰减器本质上是由若干个簧片继电器组成的开关电路，用于实现应力波信号和导波信号的传输。矩阵式衰减器包括单掷常闭继电器和双掷继电器，单掷常闭继电器一端连接至被动式监测网络，一端连接至被动式结构撞击监测单元作为应力波信号的传输通道；双掷继电器公共端与主动式扫查网络相连接，常闭触点连接至主动式结构损伤检测单元时，矩阵式衰减器为导波信号的传输通道，常开触点连接至主动式结构损伤监测单元时，矩阵式衰减器为激励信号的传输通道。需要说明的是，通过微cpu控制器可以实现应力
波信号、导波信号以及激励信号等多路信号的同步激励与接受，一发一收、一发多收、多发一收、多发多收都是可以的，这样极大地提高了诊断效率。
92.如11所示，被动式结构撞击监测单元包括信号调理电路和信号采集模块。其中，信号调理电路是具有高输入阻抗的电荷放大积分电路，用于将矩阵切换开关单元选通的被动式压电传感器网络的传感响应输出转化为低阻抗可测量的稳定模拟信号。信号采集模块则用于将经过调理的模拟信号转为可以处理存储的数字信号，并传输至主机单元的被动式撞击诊断模块进行处理分析。同时信号采集模块还接受来自主机单元的控制信息进行采集、存储等参数设置。
93.如图12所示，主动式结构损伤检测单元包括信号调理及采集模块、信号发生及功放模块。其中，信号调理及采集模块用于将将矩阵切换开关单元选通的主动式传感网络的传感响应信号调理成可存储处理的数字信号，并传输至主机单元的主动式结构损伤诊断模块进行处理分析。信号发生及功放模块则接受来自主机单元的控制信息，触发信号发生器产生激励信号，并通过功率放大器将激励信号进行放大输出。需要说明是主动式结构损伤监测单元接受的来自主机单元的控制信息包括信号发生策略、硬件激励触发、信号采集存储等。
94.另外，本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
95.尽管本文中较多的使用了诸如主机单元、应力波信号、导波信号、激励信号、被动式监测网络、主动式扫查网络等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的；本发明实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
96.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于,包括:s100、主被动传感器网络实时监测撞击事件生成应力波信号,将所述应力波信号传输至主机单元；s200、所述主机单元对所述应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至所述主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；s300、所述主动被传感网络对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将所述导波信号传输至所述主机单元，以对所述复合材料进行主被动一体化的检测。2.根据权利要求1所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于：在对复合材料结构进行主被动一体化监测过程中，通过矩阵式切换开关单元实现多路信号传输机制。3.根据权利要求2所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于，步骤s100包括：s110、主被动传感器网络实时监测结构撞击事件,若发生撞击事件发生则产生应力波信号；s120、将所述应力波信号通过矩阵式切换开关单元传输至被动式结构撞击监测单元进行处理，并传输至主机单元。4.根据权利要求3所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于，步骤s120包括：s121、所述被动式结构撞击监测单元的信号调理模块将所述应力波信号转换为模拟信号；s122、所述模拟信号通过所述被动式结构撞击监测单元的采集模块转换为第一数字信号，并传输至所述主机单元进行处理分析。5.根据权利要求1所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于，步骤s200包括：s210、所述主机单元对所述应力波信号进行处理分析，获取撞击能量，并比较所述撞击能量和所述主机单元预设的能量阈值；s220、若所述撞击能量超过所述能量阈值，则主机单元生成控制信息；若所述撞击能量未超过所述能量阈值，则此次监测行为结束；s230、将所述控制信息传输至主动式结构损伤检测单元进行处理以通过矩阵式切换开关单元传输至所述主被动传感网络。6.根据权利要求5所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于：所述主动式结构损伤监测单元的信号发生及功放模块接收所述控制信息产生激励信号，并将所述激励信号放大经所述矩阵式切换开关单元传输至所述主被动传感器网络。7.根据权利要求2所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于，步骤s300包括：s310、所述主被动传感网络接收到所述控制信息对复合材料结构主动扫查得到导波信号；s320、所述导波信号通过所述矩阵式切换开关单元传输至所述主动式结构损伤监测单元；
s330、所述主动式结构式损伤监测单元对所述导波信号进行处理后传输至所述主机单元，对所述导波信号进行分析得到撞击事件的结构损伤信息。8.根据权利要求7所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测方法，其特征在于：所述主动式结构损伤检测单元的信号调理及采集模块将所述导波信号转换为的第二数字信号。9.一种主被动一体化的复合材料结构健康监测系统，其特征在于：包括主被动传感器网络，用于实时监测撞击事件生成应力波信号,将所述应力波信号传输至主机单元；主机单元，用于对所述应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至所述主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；所述主被动传感器网络还用于对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将所述导波信号传输至所述主机单元，以对所述复合材料进行主被动一体化的检测。10.根据权利要求9所述的主被动一体化的复合材料结构健康监测系统，其特征在于：还包括矩阵式切换开关单元，用于传输所述主被动网络传感器与所述主机单元之间所产生的信息；被动式结构撞击监测单元，用于转换处理所述应力波信号；主动式结构损伤检测单元，用于转换处理所述控制信息和所述导波信号。

技术总结
本发明涉及结构监测领域，特别涉及一种主被动一体化的复合材料结构健康监测方法及系统，该方法包括主被动传感器网络实时监测撞击事件生成应力波信号,将应力波信号传输至主机单元；主机单元对应力波信号进行分析后生成控制信息，并传输至主被动传感器网络以实现被动监测向主动检测的转换；主动被传感网络对复合材料结构进行主动扫查得到导波信号，并将导波信号传输至主机单元，以对复合材料进行主被动一体化的检测。其将主动式损伤监测和被动式撞击监测相结合，构建主被动有机融合、协同联动的主被动结构一体化结构损伤监测系统和方法，实时获取复合材料结构健康情况，及时做出维护和任务调整决策，保证了航空航天装备服役安全性、可靠性。可靠性。可靠性。


技术研发人员：王奕首 王明华 李泽华 薛文东 卿新林 孙虎
受保护的技术使用者：厦门大学
技术研发日：2023.05.18
技术公布日：2023/8/9