CN105358952A - 有效的结构健康监测 - Google Patents

Abstract

一种用于执行研究中的物体(102)的结构健康监测的系统。系统包括一个空心腔体结构(101)包括利用增量制造获得的一个或者多个腔体。腔体结构(101)自它周围是可密封的并且形成研究中的物体(102)的一个组成部分。而且，腔体结构可连接至压力传感器(103)用于感知腔体结构(101)中的压力。

Description

有效的结构健康监测

发明领域

本发明涉及结构健康监测领域。更具体的说，它涉及稳健的系统和方法用于可靠地监测正在被研究的物体的关键区域或组件的结构健康。

发明背景

结构健康监测(SHM)是用于监测结构完整性或鉴定由永久附着传感器造成的结构损伤的技术的集合名词。在过去，SHM技术已经在被研究，例如，用于航空工业。由于对提高它们的产品的安全水平的持续不断的追求和减少操作一架航空器的直接操作成本这一事实，这个部门渴望将SHM系统加入它们的产品中。目前，视觉检测和大量的无损评估技术及局部的检测能力可用于这一工业。在过去的三十年，已经进行了无数的致力于在一个更加完整性的特征上的组件损伤鉴定的SHM技术研究。对于SHM来说，基本的科学挑战仍然是探测损伤，通过测量一个结构的整体的反应参数，这是一个特有的局部现象。仅次于这一首要的科学挑战，一些其它的大的障碍更多的限制工业应用SHM系统，尤其是它们在实际中的有效性和在使用中的稳定性。

这些挑战是一些主要的障碍点，除了旋转机械状态监测，已经阻止了将SHM技术引入现实生活结构/应用。不同的SHM进化系统的成熟度已经由大的工业参与者(如，空中客车)和政府研究阻止(如，美国航空航天局)以技术就绪水平进行了表示。不同的组织的定义有轻微的变化，但是，主要原理仍然是相同的。图1中展示了一个例子，由WilwhiteA.W.等人在美国航空航天局喷气推进实验室论文集(JPL-Publ-2004-011)(六月)(2004)，14-30页中进行了描述，本文将详细的描述一个详尽的技术就绪水平。

疲劳是一个重要的损伤现象，影响一个结构的组件/应用的结构完整性。疲劳通过很多方法实现：

20世纪上半页，循环滑动被认为是产生微裂纹的关键，并且它也与循环位错运动有关。微裂纹通常在材料的自由表面开始，也在名义上分配均匀应力进行反复张力试验研究的无缺口的物体中。由于自由表面在表面材料的一边，循环滑动上的抑制低于材料内部。可以推断出，疲劳裂纹的产生是一种表面现象。循环加荷下的疲劳寿命包括两个阶段：裂纹产生寿命和裂纹扩展期间直到故障。产生期间通常自循环滑动开始，引起碎裂成核，进一步导致微裂纹扩展。第一阶段覆盖了疲劳寿命的一大部分，在应力幅度之下疲劳限度之上，不过对于疲劳寿命，较高的应力幅度裂纹扩展期间是必不可少的。裂纹扩展期间，即，第二阶段，通常包括微裂纹扩展到最终故障结束。两个阶段之间的不同是非常重要的，因为有几个表面条件的确会影响裂纹产生期间而不是裂纹扩展期间(表面粗糙、表面损伤、表面残余应力、表面处理)。腐蚀性环境和摩擦现象也能够影响裂纹产生和裂纹扩展期间，但是对两个期间以不同的方式影响。应力集中系数Kt是预测裂纹产生的重要参数，应力强度系数K是用于预测裂纹扩展，断裂韧性Klc是用于最终故障的特征。

疲劳特性也可以用曲线(S-N曲线)来描述。S-N曲线源自一系列的在不同的应力水平的疲劳测试，疲劳寿命N在计算尺上水平方向标绘，应力幅度在线性刻度上垂直方向标绘。由图2中可以看到，国际疲劳期刊，第25卷，第8册，679-702页，2003年8月，J.Schijve的“20世纪和目前工艺水平的材料和结构的疲劳”一文中可见，对于低应力幅度，曲线显示出一个更低的限度，这意味着，故障没有发生，甚至是在大量的负荷循环之后。S-N曲线的水平渐近线被称为疲劳极限。在S-N曲线上部，有大的应力幅度，另一种水平渐近线出现。如果故障在第一次循环中没有发生，疲劳寿命可能是数百次循环。“低循环疲劳”区域意味着宏观塑性变形发生在每个循环。另一方面，在较低应力幅度，宏观塑性变形没有发生，疲劳现象被称作‘高循环疲劳’。

除疲劳之外，物体的结构完整性也会被磨损(或摩擦)现象影响。这些现象有时候是相互关联的。磨损现象对于物体的结构健康有着重要作用，因此，需要被监测。

物体的结构健康监测系统和方法仍有改进空间，凭此，结构健康监测系统是可靠地稳定的，并且不会对研究中的有益的物体的物理完整性不利。

发明概述

本发明的一个目的就是提供有效地方法和系统用于结构健康监测。

本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法用于在元件层级检查疲劳产生故障模式和/或疲劳扩展模式和/或疲劳致命故障模式。本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法也可以指示磨损水平。本发明的实施例的一个优势是基于条件的监测能够执行作为不同水平的疲劳能够被检查和/或监测。鉴于此，本发明的实施例也允许良好的保养、修理和彻底检修工作计划。

本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法可以在现场执行检查和/或监测裂纹扩展，甚至在物体使用期间。后者也导致了检查和保养不限制或仅仅限制物体或者使用中的物体设备停工的事实。换句话说，利用本发明实施例，检查和/或监测会有一个高的或者增加的结构或机器可利用性。此外，本发明实施例的一个优势是获得了一个高度稳定的解决方案，因为用于检查和/或监测的系统能够被充分整合。

本发明的实施例的一个优势是结构健康监测允许用一个传感器或者有限数量的传感器进行大区域或者完整的组件的检查。

本发明的实施例的一个优势是结构健康监测系统能够利用可靠的常规的压力传感器。

本发明的实施例的一个优势是基于精确计划保养和修理的可能性、基于“在线”检查和/或监测，例如，在使用期间检查和/或监测、和/或基于良好的精度检查和/或监测，同其他检查和/或监测技术相比，直接操作成本可以进行限制或者减少。

本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法减少了检查和保养成本。本发明实施例的一个优势是检查时间短并且可以远程进行。

本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法为高度危险的应用形成一个高度安全等级。

本发明的实施例的一个优势是所提供的系统和方法可以测试新的材料结构，例如，具有减轻的重量、用一种新材料制成、使用新的产品方法制作、根据一种新的设计制作，等等，仅仅具有有限的风险，因为在操作中结构完整性、磨损或疲劳特性能够被精确地和持续的监测。

本发明的实施例的一个优势是检查和测量能够通过测量直接的物理数值并且允许以低量的后加工处理轻易解读结果的方式执行。

本发明的实施例的一个优势是使用一个单独的传感器可以精确的监测一块区域或者甚至更多区域。

上述物体通过利用根据本发明实施例所述的方法和/或系统获得。

本发明的实施例的一个优势是空心结构，一种结构，其中，纵向在至少二维或者三维空间中变化，能够被设计这样以便研究中的物体的物理完整性不被限制或仅仅受三维空心网状结构的影响的限制。同样地，本发明的实施例的一个优势是空心网状结构并不影响或者仅仅轻微影响裂纹产生行为。

增量制造技术，例如，分层优化激光熔覆和选择性激光熔化等等，和与减材制造结合的增量制造混合技术，是使能技术，对本发明来说是一个优势。

本发明的实施例的一个优势是所使用的压力传感器能够被安装在一个可维修的位置。

本发明的实施例的一个优势是组件中很少或者没有额外的组件需要被引入健康监测系统。本发明的实施例的一个优势是需要很少的组件能够轻易的安装和或维持。

本发明的实施例的一个优势是系统是稳定的。

增量制造技术，例如，分层优化激光熔覆和选择性激光熔化等等，和与减材制造结合的增量制造混合技术克服了制造问题。

本发明涉及一种系统，用于执行在研究中的物体的结构健康监测，所述系统包括一个空心腔体结构包括通过利用增量制造获得的一个或者多个腔体，腔体结构自它的周围固有的密封或者可密封，可选择的，除了压力传感器或连接所放置的位置，或从其周围可密封的，形成所研究的物体的组成部分，腔体结构进一步连接至一个压力传感器用于感应腔体结构内的一种压力。本发明的实施例的一个优势是，结构健康监测可以以一种精确的方式在组件级别来执行。密封的或可密封的容积可以具有额外的阀门，从而允许所述腔体被连接到外部压力水平。压力传感器也指压力换能器。利用增量制造可包括至少使用增量制造，例如，增量制造可能与其它技术结合。

本发明的实施例的一个优势是密封的结构充当物理内存，探测发生的事件的集成效应，甚至在事件发生期间，当压力传感器不起作用时。由于事件的发生能够基于集成效应决定，无需持续的数据采集。

空心腔体结构可以是这样的，空心腔体结构中至少一个腔体可被被描述为一个通过扫描的区域定义的体积，由封闭二维曲线定义，沿着至少一个路径，以使得路径垂直穿过封闭二维曲线定义的平面，路径在至少二维空间中传播。因此，该路径可以保持在一个平面上。路径可以是中心线或中心的曲线。腔体的长度方向可以在两个方向延伸。路径可穿过封闭二维截面的矩心。在一些实施例中，对于路径的每一点来说，区域可以任意的变化。在一些实施例中，区域可以在路径的多个点变化，例如，在至少一个或至少两个点。

在一些实施例中，空心腔体结构基本在一个方向上扩展，从而使垂直于该方向的横截面可以沿所述方向在至少两个点之间的变化。

空心腔体结构可以是这样的，空心腔体结构中至少一个腔体可被被描述为一个通过扫描的区域定义的体积，由封闭二维曲线定义，沿着至少一个路径，以使得路径垂直穿过封闭二维曲线定义的平面，路径在至少三维空间中传播。路径可穿过封闭二维截面的矩心。在一些实施例中，对于路径的每一点来说，区域可以任意的变化。在一些实施例中，区域可以在路径的多个点变化，例如，在至少一个或至少两个点。

在一些实施例中，空心腔体结构可以是空心的腔结构沿着长度方向至少以二维方式变化，其中至少一个腔体包括至少两个沿着所述腔体的长度方向腔体变化方向的显著位置。它是根据本发明所述实施例的一个优势，能够实现容易并且精确制造一个集成腔体，产生一个精确的腔体结构，因而可以精确的检查和/或监测，而不会显著影响被检查的物体。

空心腔体结构可以是中空的腔体结构沿长度方向以三维方式变化，结构包括腔体的网状结构。空心腔体结构可包括至少一个沿其长度方向弯曲的腔体。本发明所述实施例的一个优势，即，可以实现一个复杂的空心腔体结构，允许在组件中不同的点，检查和/或监测疲劳。

此外，腔体的网状还可包括至少一个阀用于隔离在空心腔体结构中的一部分的腔体。本发明所述实施例的一个优势，即，可以利用同一个腔体结构精确检查和/或监测物体中不同的位置，从而允许精确定位疲劳并且更加有效的保养。

空心腔体结构可以在压力之下或者超过压力之下填充流体。本发明所述实施例的一个优势，即，结构健康监测能够仅通过腔体内流体压力感应来执行。

此外，本系统还可以包括一个可连接到腔体结构的压力传感器，用于感应所述腔体结构内的压力。

本系统包括处理单元，适于接收完全集成的空心腔体结构的物理参数的测量信号和用于处理所述测量信号，用于探测研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。本发明所述实施例的一个优势是，一个传统的压力传感器可以用于协助结构健康监测。

本系统可以包括所述的处理单元，其中，所述测量信号是压力引起的信号，处理单元适于处理所述压力引起的信号，例如，检测空心腔体结构中压力的变化，和利用所述压力变化判断研究中的物体是否已经发生磨损或者裂纹。

所述处理单元适于接收来自空心腔体结构或者结构本身的声音发射信号数据，判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

处理单元适于接收超声波数据越过空心腔体结构的表面，利用所述数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。本发明的实施例的一个优势是，可选择的技术-可选择的仅仅感应压力-可用于协助结构健康监测。在有优势的实施例中，不同的技术可以组合，产生更精确的疲劳、磨损或者腐蚀特征。

处理单元适于评估声音发射信号的高频信号数据，用于判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。所述声音发射信号可用于定位研究中的物体中的磨损或裂纹。本发明的实施例的一个优势，利用本发明的实施例，不仅可以检测，而且能够定位裂纹。

本发明的实施例的一个优势是，可选择技术-可选择仅仅通过压力感应-能够用于辅助结构健康监测。在有优势的实施例中，不同的技术可以组合从而产生一种更精确的疲劳特征。

本系统的腔体包括一个液体渗透用于使用裸眼和/或影像系统可视化磨损或者裂纹。另外，本系统的腔体也包括利用其它检测方法进行的液体渗透鉴定磨损或裂纹，例如，通过检测液体渗透的特定气味。本发明的实施例的一个优势是系统是稳定的。后者是由它的集成特征和对环境和操作条件的保护造成的。

常规的液体渗透检验是一种非破坏性检查/测试方法，其通常以如下方式进行。具有表面高润湿特性的液体施加在待测试组件上的外表面。渗透剂主要通过毛细作用和一些其他方法渗入表面裂纹。渗透剂通常施加几分钟，该时间段被称为停留时间。之后将过量的渗透剂从外表面除去。然后，显影剂被施加在外表面上撤回渗透的液体。本发明的不同的实施例的主要区别是，液体渗透是在腔体内部。这比常规液体渗透剂检查有如下优势：由于液体渗透已经在组件之中，检查步骤会更少。具有粗糙的外表面或施加涂层的组件防止渗透剂进入，可以不用常规方法进行检查。如今渗透剂有不同的敏感性，选择何种渗透剂用于哪个应用是由检测员决定。这种选择总是需要平衡敏感性和防止错误检测之间，或者，例如，由于表面粗糙引起的不相关指示，因为背景“噪音”等级随着敏感度提高，探测指示变得显著，这也是进行平衡的一个重要原因。我们的应用的一个优势是，无需进行这种权衡。它也更容易解释本发明的实施例，由于渗透剂是在组件内部，错误的指示能够被阻止的结果。传统的液体渗透方法在ISO3452-1至ISO34526或者ASTME1417和ASTME165中有描述。

本发明还涉及一种方法，用于制造一个物体用于结构健康监测，所述方法包括确定和获取物体中空心腔体结构的位置、尺寸、形状和方向信息，考虑到组件的负载条件和位置，并且，考虑到所述信息，整体的创造物体或其一部分，包括通过使用增量制造空心腔体结构。本发明的实施例的一个优势是，制造允许在物体中精确定位三维空心腔体结构，及引入复杂的三维空心腔体结构。可选的，消减制造也可以同时或依次进行。本发明还涉及一种方法，用于制造一个物体用于结构健康监测，所述方法包括确定和获得在物体中的空心腔体结构的位置和几何信息，并且，考虑到所述位置信息，整体的创造物体或其一部分，包括通过使用增量制造的空心腔体结构。

本发明的实施例中的一个优势是，方法的运用可以没有或对疲劳或者磨损的产生以及疲劳或者磨损的发展行为仅仅产生有限的影响。

本发明还涉及一种方法，用于执行研究中的物体的结构健康监测，所述方法包括运用一种压力，与从环境压力不同，在一个空心网状结构，其包括使用增量制造获得的一个或多个腔体，形成研究中的物体的一部分，并从它的周围被密封，并测量压力引起的信号，以检测空心腔体结构中的压力变化，从所述压力变化判断研究中的物体是已经发生否磨损或裂纹。

所述方法包括接收来自空心腔体结构或结构本身的声音发射信号数据，以及从所述数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。所述方法包括评估声音发射信号的高频信号，用于判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

所述方法包括接收来自空心腔体结构或结构本身的声音发射信号的数据，及用所述数据判断研究中的物体的的裂纹的位置。

所述方法包括接收越过空心腔体结构的表面的超声波数据，并从所述超声波数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

此外，所述方法包括打开或关闭至少一个阀门，用于在空心腔体结构中创造一个的分离的区域，并用于鉴定物体中的裂纹是否靠近分离区域。

本发明还涉及一种处理单元，用于与结构健康监测系统一起使用，处理单元适于接收完全集成三维空心腔体结构的物理参数的测量信号，用于处理所述测量信号，探测研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

测量信号可以是压力引起的信号，并且所述处理单元可以进一步适于处理所述压力引起的信号，以检测空心腔体结构中的压力变化，根据所述压力变化判断研究中的物体是否已经发生否磨损或裂纹。

所述处理单元适于接收来自空心腔体结构的声音发射信号数据，并且根据所述信号判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。处理单元可以适于评估声发射信号的高频信号数据，用于所述数据判断研究中的物体是否已经发生是否磨损或裂纹。声音发射信号的数据可以用来定位研究中的物体的裂纹。

处理单元适于接收越过空心腔体结构的表面的超声波数据，根据所述超声波数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

本发明还涉及一种计算机程序产品，用于执行，在处理器上执行，一种如上所述的方法。本发明还涉及一种数据载体，包括如上所述的计算机程序产品和如上所述通过本地或者广域网的计算机程序产品的传输。

本发明特定的和优选方面在所附的独立和从属权利要求中进行陈述。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其它从属权利要求的特征适当的结合，而不仅仅是权利要求中明确的陈述。

本发明的这些和其它方面将参照下文实施例描述进行阐述。

附图说明

图1展示了本领域中已知的和被大的工业参与者所使用的不同的技术就绪水平。

图2展示了研究中的低合金钢无缺口物体的S-N曲线，其中，N是疲劳寿命，用循环周期数字表示，并且标绘在计算尺上。S是应力幅度，用MPa表示，作为已知领域提供一种指示疲劳特征的方式。

图3展示了一套根据本发明实施例描述的用于结构健康监测的系统。

图4展示了显示在本发明实施例中的在一个齿轮中实施空心网状结构范例概述图。

图5至图9展示了根据本发明实施例所述的不同的构造和方法用于制造一套结构健康监测系统。

图10展示了一个根据本发明实施例所述的范例探测程序图示。

图11展示了一个根据本发明实施例所述的范例定位程序图示。

图12，根据本发明的一个实施例所述，展示了基于ULTRASONE声学导波的示例性定位程序的示意图。

图13展示了一个根据本发明实施例所述的一个研究中的具有集成毛细管的物体的3D图解视图。

图14展示了按照图式显示在图13中的研究中的物体的右视图和前视图。

图15展示了根据图13所示的一个物体用于装载单元的绝对主应力。左列展示了在12.5毫米深度具有毛细管的研究中的物体的应力分布，右列的深度为13.5毫米。顶行展示出了所研究的物体的正面的应力分布。中间一行展示出了在研究中和测试中的物体的中间部分中的应力分布。底行展示出了在研究和测试中的物体的底部的应力分布。

图16展示了按照图式设置用于四点弯曲疲劳测试装置。

图17和图18用时间的函数展示了在研究中的物体分别执行第一个第二个测试在毛细管中的压力，时间函数的所研究的{第一分别第二物体上执行的测试，展示出了本发明的一个实施例的特征。在执行测试结束，压力用条显示，并且压力是增长的，由于施加的压力在承受压力之下，并且，当一个裂纹到达腔体，与装载条件有关，它引起一个渐进的压力增强。

图19展示了能够使用在本发明所述实施例中的，基于瞬时压力波定位裂纹的定位设置。

图20展示了能够使用在根据本发明所述实施例中的，基于声学或者超声波探测定位裂纹的定位设置。

图21展示了能够使用在本发明所述实施例中的，用于定位裂纹的声音发射探测。

图22和图23展示了能够使用在根据本发明实所述实施例中的，3D图解形式(图22)的用于初期损伤探测或者前兆探测和中间面(图23)的截面视图的结构健康监测。

图24展示了能够使用在根据本发明所述实施例中的，具有弹性元件的角型腔的详图。

图25和图26展示了能够使用在根据本发明所述实施例中的3D图解形式(图25)的无透镜的用于初期损伤探测或者前兆探测和中间面(图26)的截面视图的结构健康监测。

图27和图28展示了能够使用在根据本发明所述实施例中的3D图解形式(图27)的无线材/无杆/无毛细管的用于初期损伤探测或者前兆探测和中间面(图28)的截面视图的结构健康监测。

图29和图30展示了能够使用在根据本发明所述实施例中的3D图解形式(图29)的无透镜或者无线材/无杆/无毛细管的用于初期损伤探测或者前兆探测和中间面(图30)的截面视图的结构健康监测。

附图仅仅是简图并且是无限制的。附图中，出于进行说明的作用，一些实施例的尺寸可能被扩大并且没有按照比例绘制。

权利要求中任何标号不应被认为是限定范围。

不同的附图中，相同的标号是指相同的或者相似的要素。

实施例的详细描述

本发明将通过具体的实施例结合特定附图进行描述，但是本发明并不限制于此，而是仅仅由权利要求所限定。所描述的附图仅仅为原理图并且并非限制。出于说明性的目的，附图中的一些元件的尺寸可能扩大并且没有按照比例绘制。外形尺寸和相对尺寸并不相当于本发明实际付诸实施的尺寸。

此外，第一、第二等在说明书和权利要求中使用的术语，被用于区分的元件，不用于描述顺序，也不是描述时间、空间、等级或以任何其它方式。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下都可以互换使用，描述的发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的其它顺序来操作。

而且，顶部、下面等在说明书和权利要求书使用的术语，用于描述的目的并不用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下都可以互换使用，描述的发明的实施例能够以不同于本文描述或说明的其它顺序来操作。

应注意到,使用在权利要求中的术语“包括”，不应被理解为限制于此后所列举的方法；不排除其他要素或步骤。因此，应被理解为具体说明所涉及的特征、整体、步骤或者组件的存在，但并不排除一个或者多个其它特征、整体、步骤或者组件或者群组的存在或者增加。因此，表达的范围”一种设备包括工具A和B”不应局限于设备仅仅包括组件A和B。关于本发明它意味着，设备仅仅相关的组件是A和B。

说明书中通篇引用的“某个实施例”或“一个实施例”意味着实施例中所描述的一个特定的特征、结构或特性描述包括在本发明的至少一个实施例中。因此，词组“某个实施例中”或者“一个实施例中”贯穿本说明书各个地方，无需全部指同一实施例，但有可能指同一实施例。此外，在本文公开的技术中，在一个或者多个实施例中，特定的特征、结构或者特性可以任何合适的方式结合是一个显而易见的普通的技术。

类似地，应当认识到，在本发明所描述的示例性实施例中，本发明的各种特征有时被组合在单个实施例中，附图或其描述为流线化公开目的，并且帮助理解一个或者更多的各种发明方面。尽管如此，本发明公开的方法，不应当被解释为显示出要求保护的发明比明确陈述于每一项权利要求更多的特征这样的意图。相反，如以下权利要求所反映的，发明方面在于少于上述单个公开的实施例的全部特征。因此，接下来的权利要求被清楚地包含在本文详细描述中，每个权利要求本身作为本发明一个单独的实施例。

此外，虽然一些实施例此中描述的包括一些但是不是包括在其它实施例中的一些其它特征，不同的实施例中的特征的组合仍然在本发明的范围之内，并且形成不同的实施例，技术中通过这些可以被理解。例如，在下文的权利要求中，任何一个实施例都可以以任何组合形式使用。

在此提供的描述中，阐述许多具体细节。然而，可以理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实施。在其它案例中，公知的方法，结构和技术没有详细示出，以便不模糊对本说明书的理解。

本发明的实施例中谈及“研究中的物体”，是参照被检查和/或监测的结构用于结构的完整性，例如，通过本发明的一个实施例的疲劳完整性/磨损/腐蚀完整性的结构。监测从而允许早期检测以及跟进结构中的损坏。被监测的结构完整性标准典型地依赖于应用。被监测的现象可以是，例如，疲劳开裂、摩擦磨损现象、腐蚀等。当只有腔体内部的压力被监测时，不是所有的摩擦磨损和腐蚀现象将能够被监测，主要这些带有一种渗透特性朝向材料内部，例如，磨蚀磨损、侵蚀磨损、磨蚀疲劳、均匀腐蚀等等。这样的结构可以是所有行业的结构，包括工业行业，其中组件的性能和行为是用于安全或用于直接操作成本的关键标准。物体可以是金属的结构组件，尽管本发明的实施例并不局限于此，并且其它类型的材料也可从本发明的实施例中获益，因此，研究中的物体的材料的类型并不受本发明的限制。根据本发明的实施例结构健康监测系统可以，例如，用于监测不同种类结构材料的结构完整性，例如，聚合物、金属、陶瓷或它们的组合。

本发明实施例中谈及“一个空心腔体结构”，可谈及一个或多个腔体，例如通道或毛细管，其中一个腔体长度在一个方向上延伸，在一些实施例中，在至少在两个不同的方向上，在一些实施例中，在三个不同的方向上，例如，原始平面之外。所述腔体可以是弯曲的、可以具有角落、可以具有内部结构或一个或多个内部桁架结构，可以是单独的和/或相互连接的腔体。一个或多个桁架结构可以被腔体包围。一个或多个腔体可以形成一个网络，例如一个树状网络。空心腔体结构是，根据本发明实施例，所研究的对象的一个组成部分的实施方案。其中指出，结构是所研究的物体的一个组成部分，这里指所述腔体结构以这样的方式连接至物体或是物体的一部分，当内部腔体结构被破坏时，该物体也被损坏。如物体感到的，环境影响以同样的方式作用到物体。换句话说，影响到物体的负载和环境的相互作用将被转移到的SHM系统，这样感到负载和环境相互作用以相同的方式作用于物体。物体和腔体结构之间的互连不通过粘合剂而由相同的材料或结构合金或者物体进行。所述腔体可以在一个实施例中是通道。

这也意味着，腔体在组件内集成并不必用胶水等组装。这具有以下优势。一个完全封闭的刚性系统可以以这种方式制造，SHM系统本身仅有的失败，如果传感器的安装是在另一压力条件下进行的而不是组件本身的工作条件，是在压力传感器安装的位置泄漏。由于这样的事实，本系统是完全封闭，绝对压力在里面可以被监控，并且外部压力条件变化也没有问题，也没有外部设备会被需要，例如，一个真空罐或真空泵，在监测过程中，由于连接至负载组件的腔体体积的变化，只有需要温度来解释内部压力的变化和最终的压力变化。另一个优势，流体也可用于防止内部表面氧化、腐蚀，这也将裂纹萌生推迟到腔体本身的较高的负荷水平。这意味着，所述腔可以被放置更靠近典型裂纹萌生位置并更快指示损伤的出现。由于能够利用更长的维修间隔或者能够制造更轻的结构，较短的裂纹长度对很多应用具有积极的影响。由于错误警报/探测的数量较低，这回报组件一个更高的可用性这一事实，泄漏位置的数量较低对系统的稳定性水平有积极的影响。

在组件内部的腔体的集成和形成一个组成部分的另一个优势是，该定位可以被优化相对于损坏现象的开始不会有任何影响，但是，当损坏进一步发展时，仍然肯定对损坏现象通过的路径有影响。腔体结构是在组件内集成的事实意味着，如果监测的结构是由金属制成的，腔体结构和组件之间的连接将是一个冶金连接，如果组件是由聚合物制成的，会有一个聚合物连接，如果组件是由陶瓷制成的，会有一个陶瓷连接，并且如果组件由组合类型的材料构成，连接也将是一个组合的。

本发明实施例中谈及的增量制造技术，是参照创造或者加入或者组合材料或者部分制造三维物体的过程，例如，从模型数据中。这样的技术可以逐层执行。这种技术有时也可被称为或可包括快速成型、快速制造、增量制造、层制造、自由制造、三维印刷、激光工程净成形、直接金属沉积、激光直接铸造、激光固结、激光粉末熔合、激光冲压成型、定向的光制造、激光粉末沉积、自动化的激光粉末沉积、形状沉积制造、电子束熔化、激光快速成型、激光增量制造。这是一组用于制造(接近)-网形状的产品(功能部件、原型、模具组件等)的技术，从三维计算机辅助设计(CAD)数据或其它几何形状开始。增量制造因此可以基于一个物体的3D模型，例如CAD模型。取决于所用的特定的增量制造技术，物体可以在一个范围内的不同材料或合金制成。现今许多类型的金属合金，聚合物和陶瓷可以用这些新技术进行加工。

增量制造目前正在被开发并在许多行业，如航空，航天，汽车，能源，机械工程和医疗应用。增量制造作为未来的生产技术是突出的，使得大规模定制取代大规模生产。增量处理过程最初开发用于生产样品。尽管如此，它们表现出对于生产功能、低容量的、高度复杂的零件的高潜力，具有较高的附加值。除了接近网状的产品，这些技术也可用于成型、特征附加、修理和涂层。增量制造技术的标准术语已由ASTMF42和ISOTC261委员会在ASTM2792-12a中定义，以澄清不同的组织使用的丰富的术语。这一标准还提供了当前使用的不同类型的调幅技术的分类。在第一方面，本发明涉及一种系统，用于执行研究中的物体的结构健康监测。该物体可以是，例如在操作状态或处于备用状态，因此允许，例如在操作期间或没有卸除期间执行结构健康监测。该系统包括包括一个空心腔体结构，包括一个或者多个利用增量制造获得的腔体，腔体结构是从它的周围密封，并形成研究中的物体的一个组成部分，所述腔体结构被进一步连接到一个压力传感器，用于检测腔体结构中的压力。这样的结构101的一个例子展示在图3中，结构101是研究中的物体102的一个组成部分。该系统还包括或可连接到一个压力监测传感器103。

通过展示本发明的实施例，但并不限于此，本发明的实施例的不同的特点和优势现在将进一步参考图3和进一步的附图进行讨论。

根据本发明的实施例，系统可以是这样的空心腔体结构中的至少一个腔体可为被描述为体积通过扫描区域限定，由一个封闭的二维曲线所限定，沿着至少一条路径，该路径垂直通过封闭的二维曲线限定的平面。路径可以在一维空间，至少二维空间或至少三维空间中传播。在一些实施例中，腔体可以是通道。在本发明的特定实施例中，空心网状结构101具有网状毛细管类似于生命体的神经系统。

实际实施这样的空心网状结构101包括腔体，例如，内部弯曲或有角落的腔体，如通道或毛细管，在研究中的物体中，无论从生产角度以及从物体的结构完整性角度来看，都是具有挑战性的。本发明的实施例的优势是可以利用增量制造。一些系列的增量制造技术的例子已在上面提及。增量制造技术可以是基于激光的增量制造技术，实施例并不限于此。

如图3所示，该系统包括或可连接到一个压力监测传感器，其可以是搁置的可用压力传感器或专用传感器。在一个实施例中，传感器可以是一个集成的传感器，但本发明不限于此。压力传感器可以基于任何合适的压力感测技术，也可以是绝对或相对的压力传感器。如果一个压力传感器安装在一个空腔，它可以连接到一个能够读出压力值或本地存储值的测量系统。系统104可安置在该应用或结构的特定位置，或者也可以从结构或应用分离。测量系统之间的连接可以通过有线或无线来进行。在一个无线配置/有线的配置中，不同的压力传感器安装在一个结构或具有不同的结构的机器上，可以同时被监视，可以显著减少检查时间。除了测量系统，压力传感器的直接视觉指示本身可表示压力传感器在某一值跳闸。此外，如果结构整体性已经降低，在检测和快速检查期间，最终用户也可以选择不直接在结构本身安装压力传感器，可只有一个阀连接至测量传感器和设备。所有上述的选择将在很大程度上取决于最终用户的要求、他的设计方法和应用。

系统还可以包括处理单元104，用于监测空心网状结构中的压力。更具体地，压力感应数据是用于监测一个稳定的压力，是有优势的。

在第二方面，本发明涉及的SHM的定义方法和用于进行结构健康监测的物体的制造方法。方法包括定义和获得物体中空心腔体结构的位置和几何信息。定义和获得的信息通常可以包括，考虑到负载条件，确定空心腔体结构的位置、尺寸、形状和/或方向，边界条件和组件位置取决于应力。信息可以被获得并定义，这样结构对疲劳或者磨损的产生和疲劳或者腐蚀或者磨损扩展行为没有影响或者很少影响，或者磨损引发和疲劳或腐蚀或磨损生长行为。在一个方面，本发明还涉及到物体的设计，用于结构健康监测，包括定义和定位步骤，但不包括实际的制造步骤。这样的方法可以用计算机实现，这将在后面进行描述。

制造方法还包括，创造物体或其完整的一部分，包括使用增量制造获得的空心腔体结构，考虑到所述的位置和几何信息。在一些实施例中，一个额外的消减制造步骤也需施加(见进一步的实例)。

使用增量制造允许内部结构的精确定位。增量制造技术可以是在本发明任何地方描述的任何类型的增量制造技术。增量制造例如，可以是一种增量制造技术，也被称为3D印刷，如图5至图9示意图所展示的，将在后面进行讨论。

结构健康监测系统的优选结构，用于特定的应用/结构也将被最终用户的需求定义，需求被应用的结构设计方法影响，并且经济影响每个需求。其中的一些要求，可能要考虑-尽管本发明的实施例并不限于此，并且其中-是：(以下列表不是相近无遗)：

-需要以全局的方式对结构监测区域进行监测，局部的方式，或者或二者的组合。

-需要能够执行附加的目视检查，其可以提供补充信息以及可用于交叉检查的信息。

-需要能够执行一个固定的保养计划或执行基于条件的维护计划或它们的组合。

-需要在线和/或离线检测。在线检测具有在系统运行的条件下执行监测的优势。

-需要允许检测和/或监测初始结构退化，例如裂纹萌生。结构的腔体/毛细管的位置、尺寸或形状用于结构健康监测，可以根据需要被检测的最低水平进行选择。

-需要监测结构退化的发展，例如，监测磨损率或裂纹扩展速率。实施例从而可以适于监测关键结构退化，通常在结构故障出现之前发生。

-需要监测的结构退化的发展，例如，用于评估磨损率或裂纹扩展速率。在具体实施例中，临界结构退化可以被监测，在结构故障出现之前发生。

最初的结构退化和关键结构退化与损伤容限方法的重要参数有关。第一个术语是“可探测的裂纹长度”这是在生产或维修过程中肯定将会被检测到的最小裂纹长度(或检测有一定概率)。这些值取决于所使用的检查方法和结构。这些数值相比生产和维护过程中通常是不同的。第二个术语是“临界裂纹长度”，这是裂纹长度，该结构仍然能够承受静态，预计的结构将在其生命周期无故障经受的最高负载水平。在生产中,部件通常在最终生产阶段中检查，在生产过程中应用的检查方法将限定可检测的裂纹长度。此可检测的裂纹长度将利用在结构的设计期间，用来定义第一次结构检查的阈值。这个阈值被定义为在生产期间，最小可检测的裂纹长度和临界裂纹长度之间周期的数量。这个值由裂纹扩展的模拟确定，并通过实验性测试验证。由于这样的事实，在维护期间经常使用的检查方法具有更高的最小的可检测的裂纹长度，第二次检查将需要早于用于阈值的周期数量进行，以确认没有裂纹出现。这个周期数量，通常称为间隔。这个周期数量再次由裂纹扩展模拟确定，并通过实验性测试验证，并且由于初始裂纹较大这一事实，小于阈值。总结第一次检查是在阈值完成的，并且随后的检查，是在从阈值已经过去的时刻的每个时间间隔完成的。如果裂纹出现在结构中，并且依旧小于临界裂纹长度，结构可以继续被使用，但另一种检验程序可能需要被确定。如果出现的裂纹高于临界裂纹长度，结构必须立即更换，这必然造成结构或者结构的一部分的应用的严重停工成本。

根据本发明一些实施例中，该系统可以适于定位结构退化。在一些实施例中，该系统可以适于检测多个故障，并考虑到这一点。当前系统的一个优势是，它能够清楚地连接最小可检测裂纹长度和临界裂纹长度的条件。

取决于所选择的应用，所选择的结构和当前发明的实施例可以被调谐。

网络中的第一个腔体可以被引入模拟上述的损伤容限的方法的可检测裂纹长度。系统包括一个腔体，允许用户在所需要的区域中以特定的最小裂纹长度，确认无裂纹出现在其结构中。具有一定的最小的裂纹长度在要求的区域。如果裂纹已经这种类型的系统被指出，用户将有机会来安排对此结构的特定维护计划。网络中的第二个腔体可以根据临界裂纹长度集成。这个毛细管/腔体将允许用户在所需要的区域中以临界裂纹长度，确认无裂纹出现在其结构中。

这将通知用户结构需要立即退出操作以防止结构故障。第三个毛细管/空腔或网络可以在第一个和第二个之间集成为操作者监测裂纹生长速度。

通过示例的方式，本发明的实施例并不限制于此，结构和生产方法的一些实施例描述如下。

在第一示例中，图4展示了一个空心网状结构出现在一个齿轮中。本实施例的空心网状结构是由彼此互连的毛细管组成。

图5展示的第二示例中，为了示范利用基于激光的增量制造实现三维空心网状结构101的可行性，圆柱形毛细管被选择。其他类型的腔体是可能的，并且圆柱形腔体的示例结果可以被用作一个良好的初始参考。使用增量制造的优势是从生产的角度为形成三维空心网状结构最小量限制，然而，对于这个例子，圆柱形毛细管的部分直接被选择，因为它们也可用标准的加工方法产生，其允许从生产视角和从特定的生产工艺对结构完整性行为的影响进行比较。这些直接部分相互连接与角件一起在不同的长度方向延伸，因此，角件必须用制造，以形成一个整体部分。图5(b)中展示了一个这样的结构的示例。

在执行的实验中，为实现一个最小的1毫米圆柱直径和最大倾斜角50°的物体，使用分层层熔覆是可能的。

限制是所用设备的局限，不是本发明的实施例所使用的技术的局限。创造20x20x20mm的立方体连同集成的毛细管用于不同的恒定直径和倾斜角度。

此外，通过说明的方式，描述一些方法允许在结构健康监测系统中生产网状腔体。

在通过增量制造过程积聚整个结构期间，腔体可以在结构内面被集成。在该状态下，部分将完全用增量制造技术制造，并为产品设计者给出最小量的限制。

创建一个物体的示例，如图5所示，可以完全用增量制造来制造，用图5所展示的这种制造技术，由此在左手侧，原制造部分用传统方法制造，没有集成腔体，在右手侧(b)，增量制造部分带有集成腔体。

除了增量制造，混合过程也可用于生产腔体。混合过程是增量制造与减材过程结合的过程，例如，机加工或冲压、电子束加工、激光钻孔或激光烧蚀。每一层或若干层被沉积之后，可进行机加工、冲压、电子束加工，激光钻孔或激光烧蚀创建或完成该部分外表面和内表面。作为最后工序的步骤，冷扩张也可以用小的心轴或喷丸操作等施加，在毛细管内部结构附近创建有益的残余应力式样。所描述的生产步骤可以部分或全部应用，生成腔体/毛细管或网状物用于结构健康监测系统。

毛细管/腔体也可以加入到完全用常规的生产方法(例如机械加工)生产的不包括毛细管/腔体的结构/应用中，如图6a中所示。在生产阶段，一个额外的槽被加工，如图6b中所示。之后，槽再次被用增量制造过程或者混合过程用集成腔体充满，如图6c中所示。附加材料本身可以是结构本身相同的材料或来自不同合金或类型。混合过程，结构的一部分是用常规的制造方法制成的，而结构的另一部分是使用增量制造制成。例如，直的毛细管/腔体的一部分是用常规的制造方法制造，例如，电子放电加工，机械加工等。在图6c中，只有角落用增量制造技术生成。在集成不同的组件时，腔体能够在原始尺寸组件内被集成是一个优势，预防在组件外表面安装腔体及损伤产生过程。

对于增量制造，腔体/毛细管的横截面不需要循环。如图7中所示，它可以，例如，有一个三角形部分具有弯曲的角部。

另一种配置是为结构集成一个毛细管/腔体，但不是在原始部分内面，而是在原始尺寸的结构/应用的外面添加。这样的结构从两种视角，展示于图8中。最大的部分被再次用常规的生产方法制造，并且利用增量制造或者混合方法在基底结构外侧附加其它部件。附加材料本身可以是与结构相同的材料或来自不同合金或类型的材料。

另一种应用方法是加入用常规制造的结构部件，预形成如图9b所展示的毛细管。加入过程将由增量制造过程执行，将两种结构彼此结合。两种结构和结合材料可以是相同的或者不同的材料类型。该方法图解表示展示在图9中，用于在原始尺寸基底结构外侧添加毛细管。但是这也可以在原始尺寸的结构内进行，如图6中所示。

本发明的实施例的一个附加特征可以通过一种类型的流体渗透、彩色染料或气体可以被集成在腔体/毛细管的内部的应用来添加。流体渗透，染料或气体可用无压力或小的压力，施加在毛细管/腔体或网状物的内部，如果裂纹出现，流体逸出并且可以通过目视检查或气体检测器探测到。该气体可以具有强烈的气味并且用于人的附近具有安全功能。染料或气体也可使用在一个齿轮箱中，例如，如果没有地方或可能性在结构的顶部安装传感器，这将允许用户用一个气体探测器同时监测不同的结构(例如，齿轮)，能够检测不同类型的气体或由预定的油检查。另一个应用可以是，例如植入物在人体的内部，在毛细管/腔体或网状物中的流体可以永久或不时的集成，如果结构完整性已下降到在一个可接受的限度之下，这将允许专家用当前的医疗影像技术轻易的进行探测。

此外，系统还可以包括作为技术人员已知的可选特征和组件。

进一步的一个方面，本发明涉及一种用于执行研究中的物体的结构健康监测的方法。该方法可以适用于一组应用，例如，用于特征疲劳、磨损、裂纹形成等等。方法包括，在其寿命期间施加压力(当没有故障发生时，墙体内压力保持不变)，或者在规定的时间间隔，与环境压力不同，在空心网状结构上形成研究中的物体的整体一部分，并从它的周围被密封，并测量压力引起的信号以检测空心腔体结构(101)内的压力变化，用得到的所述压力变化判断结构完整性是否已经恶化，例如，研究中的物体已经发生裂纹或者磨损。若干不同的特征的技术可以单独使用或组合使用。在一个示例中，使用是从空心结构或从结构本身的声音发射构成。在另一个示例中，使用是由答复一种ULTRASONE波构成。在又一个示例中，使用是由压力感应构成。通过局部进行测量，选择性地使用多个阀门，打开或关闭至少一个阀，在空心结构中创造一个分离的区域，疲劳的定位，磨损或裂纹的形成或生长也可以执行。

通过说明的方式，本发明实施例并不限制于此，若干特定示例现在将参照图10至图12进行讨论，突出可以执行不同的监测和/或定位程序。

在第一个示例性方法中，执行一个监测周期，如图10中所示。

开始，每个循环的压力水平被测量，例如，空心网状结构101中的绝对压力水平。这种感应通常可以使用一个适于连接至三维空心网状结构的压力监测传感器103执行。

在下一步骤中，测得的压力与初始压力值和/或与之前压力值或之前测量的平均数进行比较。如果压力变化超过预定值或者相对于初始的相对量或先前的压力值，例如，即在一个或两个比较中，一个错误被突出显示给用户，并且具有高滤波器信号可以被传递到一个本定位程序。错误报告通常也存储在数据库中。如果没有大幅下降被测量到，存储器被更新，例如，之前的压力值可以由更近的测量值来代替。监测周期可以在预定的时间间隔重复，可以连续进行，或者在研究中的物体的寿命期间可以由操作事件触发。

除了用于监测研究中的物体102中探测裂纹或者磨损的方法，图11中展示了本发明实施例的一种用于定位磨损或者裂纹的方法。这样的方法通常可包括在一个实施例中，利用声音发射，监测研究中的物体102的声音发射的步骤和分析结果。分析声音发射数据，高频信号可以存储在存储器中，例如，在RAM存储器中。数据可以替换旧的数据，例如，最旧的数据，尽管该数据也可被直接地添加到存储器。

如果从检测过程接收到一个高滤波器信号，来自声音发射数据检测出的高频信号可以存储在数据库中，并进行处理，例如，通过三角测量，用于获得一个裂纹或磨损或者腐蚀的定位信息。

通常情况下，除非最终破坏已经确立，监测所研究中的物体的声音发射是持续的。这种设置是一种优势，声音发射数据可以用这种物理滤波器被过滤，从而消除了声音发射的重要问题，即，大量的数据需要被后期处理。

定位过程可以离线进行。

利用声-超声波的一个定位程序的一个可选择示例展示在图12中。

在第一步骤中，用声-超声波监测结构，例如，使用超声波的导波在内部结构/腔体传播。在结构使用寿命开始时，一个参考测量事先存储到存储器或数据库或在过程开始时即被记录。基于探测步骤，例如，参考描述见图10，当显示一个探测，例如，探测到一个高滤波器信号时，来自一个新的测量的声-超声波数据的高频信号被存储，并且可以被处理，例如，后期手动或直接地自动。当过滤器信号没有激活，新的测量可以自上次以前的测量在一个预定的时间间隔后得到。接收到的声音超声数据可以进一步检查结构完整性是否正常，基于预定算法，一组规则，基于神经网络处理等。如果发现该结构完整性不正常，后者是指示给用户。这样的指示也可以基于对声-超声后处理结果和滤波器信号的比较和滤波器信号显示。

一般情况下可以注意到，根据本发明的实施例的方法，可利用当前测量的数据和之前测量数据的比较，并且，如果该差值超过预定值时，可以采取行动。处理可以根据预定的算法、预定的规则、神经网络处理，比较基于查找表等。

在另一个方面，本发明涉及一种处理单元，与结构健康监测系统一起使用。这样的处理单元，如第一个方面中所述，可以是系统的一部分或者可以是单独的。它可以安装在所研究的物体上，或者可以是直接的或间接的，可连接的。所述处理单元适于，例如，包括输入单元，用于接收完全集成的空心腔体结构的物理参数的类似物测量信号，并且用于处理所述信号探测研究中的物体是否已经发生磨损或者裂纹。所述处理单元适于执行如上所述的方法。它可能是，例如，适用于处理压力信号、声音发射信号或声音超声导波信号，并获得研究中的物体发生结构退化的变化指示(如疲劳、磨损或裂纹)。处理单元可以适于考虑到用于获得疲劳的位置、磨损或裂纹的信息，例如，一个附加的测量技术数据，在系统中阀门设置数据等。

在另一个方面，上述系统的实施例可以与用于设计用于结构健康监测的物体的实施方法或研究中物体的结构健康状态监测的方法的一部分相对应，如一个计算机在一个处理器中实施发明。这样的系统或处理器-处理器也在功能上在上述一个方面讨论-包括至少个可编程计算组件连接至一个存储器子系统，存储器子系统包括至少一种形式的存储器，例如，RAM，ROM等。应该注意的是，计算组件可以是通用的，或一个专用的，并且可以是包含在一个设备中，例如，一个具有其它组件执行其它功能的芯片。因此，本发明的一个或多个方面可以在数字电子电路中实现，或者在计算机硬件、固件、软件、或者在它们的组合中实现。而一个处理器作为这样的现有技术，系统或处理器，包括指令以实现方法的不是现有技术的方面。因此，本发明还包括计算机程序产品，根据本发明当在计算装置上执行时，提供方法的任何或者部分功能用于设计或监测结构健康。在另一个方面，本发明涉及用于执行这种计算机程序产品的数据载体。这样的数据载体可以包括计算机程序产品有形地体现，可装载机器可读代码，由可编程处理器用于执行。因此，本发明涉及一种载体介质，装载计算机程序产品，当在计算装置上执行时，提供用于执行如上所述的任何方法的指令。术语“载体介质”是指参与将指令提供给用于执行的处理器的任何介质。这样的介质可以采取许多形式，包括但不限于，非易失性介质和传输介质。非易失性介质包括例如，光盘或磁盘，如存储装置，是大容量存储的一部分。计算机可读介质的常见形式包括，CD-ROM，DVD、柔性盘或软盘、磁带、存储器芯片或盒式磁带或计算机可以读取的任何其它介质。各种形式的计算机可读介质可以涉及携带一个或多个序列的一个或多个指令以供处理器执行。计算机程序产品也可通过一个载波网络传输，如LAN、WAN或因特网。传输介质可以采取声波或光波的形式，例如，这些在无线电波和红外数据通信期间产生的。传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括包含在计算机内的总线的导线。

通过说明的方式，本发明的实施例并不限于此，进一步的示例和获得的实验结果得随之进行讨论。

在所示的特定例子中，一个三维空心结构101，更具体的，实现一个圆柱形毛细管对研究中的物体102疲劳萌生行为没有任何影响。在这个例子中，具有正弦形状的毛细管的3D特征被形成。这样的结构是由扫描的区域，由封闭二维曲线定义获得，沿着至少一个的路径，以使路径穿过垂直地通过由封闭二维曲线定义的平面，在此情况下的路径是正弦的。集成的毛细管具有的直径为3毫米，并且路径具有正弦形状为2毫米的振幅，周期25,7mm，如图13中所示。其它几何细节展示于图14。在本例中研究中的物体102是由不锈钢316L材料制成并且用逐层激光熔覆生产。研究中的两个物体102都建在'站立'的方向，外部尺寸12毫米X20毫米×110毫米。在层逐激光熔覆工艺之后，研究中的物体在外部表面被加工最终尺寸，如在图14中所示。

确定第一种类型的腔体/毛细管的位置、内部形状、定向和网络或者上面确定的网状物，用于四点弯曲测试样品，是基于以下两个设计标准：(i)最高负载面(外表面)的拉伸应力不应该增加(ii)正弦形毛细管的顶部的拉伸应力不应该比最高负载面的更高。

这些设计标准的验证是通过一个详细的静态有限元模拟完成。该模拟与单元负载揭示用于与一个直径为3毫米的毛细管，两个标准刚刚达到深度为13,5毫米的毛细管，此深度窦的顶部距外表面3毫米。遵守定义的保守设计标准，12,5毫米的深度的标本被建立用于这个深度的窦的顶部是距外表面4毫米远。目前适用的毛细管用于可行性测试，直径大小在0.5毫米和5毫米之间变化。当混合处理(增量制造和减材制造)被应，这样的直径尺寸可降低至几十微米或甚至下降到3微米。

内部毛细管通过使用基于激光的增量制造实现，由此将毛细管设计成这样：

-研究中的物体102的最高负载面(外表面)的拉伸应力不会由于内部毛细管的存在而增加。

-正弦形毛细管的顶部的拉伸应力不超过最高负载面的。

内部毛细管基于这些设计约束定位，并且该设计通过使用详细静态有限元模拟验证。该模拟与单元负载揭示用于与一个直径为3毫米两个标准的毛细管只是达成13,5毫米的毛细管的深度(参见图15)，对于该深度的窦的顶部是从外表面3毫米远。遵守定义的保守设计标准，建成一个具有12.5毫米深度的研究中的物体102。对于该深度的窦的顶部是距外表面4毫米远。

在实验中，这些物体在一侧具有压力换能器103(KuliteXTL-123C-190M-1,7-BAR-A)，并在另一侧具有有单向阀(ClippardMCV-1-M5)。密封后，每个研究中的物体102都被放置在一个真空室中，直到毛细管中的气体达到≈0.55巴的绝对压力。作为最后步骤，在单向阀上面安装了额外停止(Clippard11755-M5-PKG)作为额外闭塞。此后，研究中的物体被放置在一个伺服液压试验台。研究中的物体的装载原理示意性绘制图见图16。四点弯曲试验被应用。此测试装置产生均匀的时刻，没有剪切研究中的物体中的两个内装载辊之间在研究中的物体102表面产生的一个统一的最大拉伸应力。在弯曲中，只要装载保持不变，应力以这样的方式通过光束的深度。

无缺口的研究中的物体102经受具有恒定幅度的循环疲劳。无缺口的研究中的物体102作为良好的测试物体基于这样的事实，无缺口的物体102具有比研究中带缺口的同样的物体更高的疲劳抵抗。这种选择是保守的相对于所述测试目标，表明裂纹在研究中的物体102的外表面萌生，而不是在集成三维空心网状结构101内表面开始。

对于集成到研究中的物体102上的正弦毛细管101，转动惯量对于不同的横截面而变化，是由于该毛细管的圆形横截面对中性轴具有不同的距离的事实。进一步的横截面被除去自中性轴较低的转动惯量开始和截面中较高的公称应力。

来自毛细管的具有高度近似的裂纹萌生位置位于这些横截面最远离中性轴，如果裂纹从毛细管成核。此概率较高的主要原因与这些应力集中的位置较高应力值直接相关。如果应力集中环绕毛细管本身，会对研究中的物体的外表面的疲劳萌生行为有影响，那么萌生近似性在这些横截面应该更高，再次距离中性轴最远。由于这一事实，即在毛细管的应力集中更接近外表面，并在应力集中的位置的应力值是较高的。研究中的无缺口的物体的疲劳性能一般都应该是材料特性的，如SN曲线。疲劳寿命在循环载荷下分为两个阶段：裂纹萌生寿命和裂纹增长期。对于研究中的无缺口的物体在低负载状态，如果同裂纹萌生阶段相比，第二个周期相对较短。

施加的测试程序是步骤方法。步骤的检测提供了一种方法，以确定耐力应力(或疲劳强度)，以一个近似的方式一个特定应力比用研究中的单个物体，以及产生耐力限度的方法用于一个警示的研究中的物体。初始应力振幅被选择低于研究中的物体的疲劳极限。对于每一个步骤，多的循环次数N施加具有相同的负载。如果故障未发生，用选择的步骤增加应力幅度增加和再次施加N个循环。此过程被重复，直到故障发生。从这个测试过程中，疲劳极限被定义，作为为最高应力值，在步骤测试期间，循环数值N在没有裂纹萌生已经被施加。如果初始疲劳应力水平被选择太高，并且样品在到达循环的初始N数值之前断裂，疲劳极限无法确定。

疲劳试验是在最大静态和动态负载能力为100千牛的MTS机器上进行。在实验过程中，压力换能器103被连接到毛细管，致动器负载和位移连续监测。

在每个步骤中所施加的正弦循环负载有恒定振幅一个R比率等于0.1和5Hz频率。对于研究中的第一个物体的初始步骤，循环应力峰值被限制在屈服应力(σY)的20％和周期数为100.000。在后续步骤中的峰值应力增加了σY的5％直到疲劳负荷达到σY值的40％，其中，在这个水平之外，不包括最后两步骤，每个步骤峰值应力增加σY的10％直到裂纹被检测到。对于研究中的第二个物体的初始步骤的循环应力峰值被限制在σY的35％，并循环周期数为100.000。在研究中的第二个物体中，第一次加载步骤的疲劳载荷是σY的35％，其持续时间为100.000周期。在每一个后续装载步骤，幅度增加σY的5％直到疲劳负载达到σY的40％，在这个水平之外，疲劳负载增加σY的10％直到裂纹被检测到。同时，对研究中的物体执行流体渗透检查作为参考。研究中的物体102是在紫外线下进行检查探测可能的裂纹萌生。已经使用的产品是荧光渗透试剂盒。

研究中的第一个物体102测试了九个步骤。在裂纹到达毛细管之前，共产生1.309.009加载循环，并且测试自动停止。对于每一个步骤100.000周期进行了测试，不包括步骤8和9，分别施加500.000和109009个周期。峰值应力σuts(56兆帕极限抗拉强度)的9.9％开始，在第9步达到σuts的68,9％(390,6兆帕)。

研究中的第二个物体102测试了十六个步骤。在裂纹到达毛细管之前，共产生1.888.291加载循环，并且测试自动停止。对于每一个步骤100.000周期进行了测试，不包括步骤16，施加了388.291个周期。峰值应力σuts(56兆帕极限抗拉强度)的17.2％开始，在第15和16步达到σuts的83.7％(474.3兆帕)。

在步骤9中，100.000周期后，研究中的第一个物体，用流体渗透检查在研究中的物体102的表面探测到裂纹。在步骤9中，在施加9009额外的周期后，裂纹到达毛细管，有效结构健康监测(eSHM)系统所探测到裂纹和停止测试。这清楚地表明了裂纹从外表面向毛细管生长，而不是相反。研究中的第二个物体，没有检测出裂纹，过早用流体渗透检验，在步骤16中每次100.000周期之后，由于没有执行中间流体渗透检查的事实。尽管如此，eSHM系统成功检测裂纹和停止测试。

用于感应的压力值，通常被在测试过程中施加，在0,25巴和0,75巴绝对压力之间变化，这些值当然可以更低。目前使用空气，但此可同样在毛细管或腔体内可以是惰性气氛(这将改善内部结构的裂纹萌生抵抗)。这可以例如通过冲洗毛细管，例如用氩气，在压力下施加完成。本发明的实施例可以有利地利用它们。

当裂纹渗入毛细管时绝对压力逐步增加。压力增加的逐渐特性与循环载荷和裂纹在每个负载周期期间打开关闭这一事实相关。这种现象可以通过绘制的压力值与经过时间的最后施加的负载周期(参照图17和图18)清楚地观察到。两个图之间的差异涉及三个主要的原因：

-研究中的物体在最后步骤中施加的不同的峰值应力

-预设的限制用于压力换能器激活测试机的控制器的停止程序

-在停止程序对于研究中的每个物体不同。对于研究中的第一个物体的预先设定的限制为0.75巴。在压力超过这个值的时刻，执行器自动关闭。对于研究中的第一个物体，这个程序的启动是2秒，如图17所示。停止程序造成过载，这使压力上升到0.81巴绝对值。对于研究中的第二个物体的预先设定的限制为0.83巴。在压力超过这个值的时刻，执行器自动关闭。对于研究中的第二个物体，这个程序的启动是2.14秒，如图18所示。由于较高的载荷，研究中的物体塑性变形，引起毛细管是在与大气接触。

在研究中的两个物体经过疲劳试验后，进行X射线断层摄影术检查。X射线断层摄影术是一种非破坏性的技术，它能够使复杂物体的内部结构可视化。用这种方式中，裂纹渗透毛细管的精确位置可以被确定。结果发现，裂纹穿过窦的最大峰的区域发展。这个区域具有裂纹萌生最低相似度和如先前所述裂纹从外表面开始的裂纹萌生行为影响的可能性最低。这意味着，在这些测试条件下，对于这些研究中的物体来说，毛细管对疲劳萌生位置和行为没有关键影响。

之后还用金相显微镜和扫描型电子显微镜进行断裂分析。这个分析也证实了裂纹萌生位置位于外表面，更准确的在角落。这可以通过裂纹萌生位置的小晶面清楚地观察到。

执行测试说明：

-根据本发明，在研究中的物体102中集成一个三维空心网状结构101是可行的

-所述三维空心网状结构101在与环境压力不同的压力下，通过一个压力传感器103被监测，根据本发明允许监测裂纹的存在

-所述裂纹萌生在研究中的物体102的外部表面至三维空心网状结构101的内表面，而不是相反

-所述三维空心网状结构101被这样定位，通过以下的设计约束，三维空心网状结构101的存在对裂纹萌生行为没有影响。

上面的例子表明，内部三维空心结构可被设计成使得其对裂纹萌生位置没有影响，对裂纹萌生行为没有影响，而裂纹萌生在外表面并发展到三维空心结构101内表面。该结构可以使用增量制造制成。对于这些特殊的例子，获得了成功的裂纹检测，获得了更加显着的负载水平。

通过说明的方式，本发明的实施例不被限定于此，一些示例性实施例进一步描述，展示了判定裂纹、磨损或腐蚀前兆损伤检测。空腔结构，在本实施例中形成一个或更多个毛细管，集成在组件的表面附近，并放置在真空，负压或超压下。如果裂纹，磨损或腐蚀现象传播，并最终到达空腔结构，一些影响会发生在空腔内和附近。在结构中检测裂纹的问题，那么可以归结为调查在腔内发生的事情。检测空腔内裂纹/泄漏和其位置可使用下列示例性技术中的一种来执行。在第一组示例性实施例中，位置检测系统是基于瞬时压力波。当一个表面裂纹到达所述腔，相对于外界超压的空腔的泄漏将导致气流从所述腔到外部，反之亦然，当空腔内气压低时。作为创建此泄漏流和漏流本身的结果，空腔内部的压力会发生变化。由于该结构的动态加载，泄漏将在装载周期被打开和关闭。打开和关闭的泄漏，创建泄漏流动和漏流本身，通常导致瞬时压力波发生在与声音的速度传播的泄漏点。使用压力传感器，空腔内部产生的压力波可以被检测，当表面裂纹达到一定的深度/尺寸可以发送报警信号。除了泄漏引起的瞬态压力波，压力变化可以由于该组件的加载而引起的总空腔(或毛细管)的体积变化而导致。

设置可以通过在腔体端部装备有两个(或多个)压力传感器延长。漏流，作为表面裂纹的结果，将导致瞬时压力变化声速穿过空腔。如图19所示，由于裂纹位置和两个压力传感器的位置之间的距离不同，两个传感器将同时观察压力波在不同时刻。这个时间差可以用于定位裂纹的位置。图19提供了的工作原理的示意图。如果例如使用一个细长的空腔，压力波将沿着长度方向传播，裂纹的位置可以确定如下：

$x_L=\frac{L-c_{sound}*\mathrm{\Δ}t}{2}$

使用XL是沿长度方向上的位置，L是腔的长度，Csound是声速，Δt为时间差的测量。因此，要注意到，细长空腔主要是在长度方向上延伸的空腔。这样的长度方向不需要是一条直线，也可以是弯曲的或带钩。精确的裂纹定位由时间差测量I“吨的准确性和声音的速度来确定。因此，采样频率必须足够高(即毫米范围的精度是在100千赫兹的采样频率获得的，见下面气体表)。这种方法实际上是飞行方法的时间在结构中定位裂纹或的缺陷，相似于没有气流，施加到管道负压力波的方法。

表1

注意，子样本的精度通过(最大似然)识别传递函数具有时间延迟是有可能的。这种方法的应用已经报道用于电缆故障定位，从reflectogram通过Pintelon等人在IEEETransactionsonInstrumentationandmeasurement中39(3)(1990年)479-484页中，但该技术也可以适用于本发明的实施例。另一个相关的方法包括在使用参数化确定的传递函数。传递率的功能是一类是在分析振动传播中特别有用的传递函数。(标量)传递函数是两个输出信号之间的传递函数，例如，测量的压力信号之间的传递函数。通过取得这两个输出光谱的比率，公共输入光谱在比率中取消。这意味着传递函数变为几乎确定性的(即，独立于噪声输入源的)。传递函数仅取决于源的位置。这个特性使得有可能使用传输率用作工具以定位泄漏(由于裂纹导致)。该方法可以通过使用多变量传递函数被推广到多个裂纹。多变量传递函数已经由Devriendt等人讨论，例如在机械系统和信号处理24(5)(2010年)，第1250-1259页。

反演法,例如，加权伪逆方法,也可以用来检测定位声的来源。

能够利用方法的一个例子是由GuillaumeP等人在《光电影像仪器工程师学会进展》(SPIE)4753(2002年)第1382页中进行了描述。反演法假定所有可能的源(裂纹)的位置和测量的反应之间的转移函数是已知的。传递函数可以通过工具进行测量或计算，例如，有限元方法。反演法允许探测多个来源(裂纹)位置。

为了进一步提高精确度,在腔体中使用其它流体(而不是空气)有益于拥有更低的声速。在时间上同样的不精确将会将导致更低的不精确的位置探测。合适的流体的例子列于下表中：

表2

注意，向外泄漏导致腔体内的压力逐渐降低。这种压力变化时间常数是腔体(已知的)体积和泄漏区域的主要的一个函数。主要腔的体积的函数(已知)和区域的泄漏。泄漏的大小可以在泄漏现象的时间常数的基础上进行估计。

在一个特定的实施例中,检测可以基于反射。基于上述原理,压力波将在两个方向上向腔体的两端传播。反射可以发生在腔体的边界,这样一个传感器(安装在腔体的1端)将观察直接的以及反射的压力波。这些压力波的到达时间的不同是传播距离的一种指示,从而可以确定裂纹的位置(毛细管的长度是已知的)。

在第二组具体实施例中，位置检测是基于当裂纹到达一个腔体和一个漏流发生时发导致的变化，产生流体中和/或结构中的声和/或超声噪音信号，导致流体中的紊流并导致噪声信号。除了腔体内泄漏流的噪声信号，噪声信号也可以由结构退化的现象声能释放引起，如裂纹萌生、裂纹发展等，并且由腔体捕获并朝向传感器发送。通过用适当的传感器装置(压力传感器、麦克风、加速计、超声波传感器、应变计...)听声和超声噪声，可以当裂纹到达腔体时，检测出它的出现。对于定位裂纹，相同原理允许基于第一超声波噪声或传递方法的到达时间的不同。原理展示在图20中。负压力波和超声波检测是基于检测漏流至腔体原理，从而只检测足够大到达到腔体的裂纹。裂纹萌生不能用这些原理进行检测。因此，该方法可以由声发射的协助，以便获得关于裂纹扩展的一些信息。

在第三组具体实施例中，采用声音发射检测进行位置检测。如裂纹生长在结构中发出噪声，这可以通过一个声发射(AE)传感器检测到。声音的噪声源被分成两个类，取决于能量释放的量：微观和宏观的源。相对晶粒运动，裂纹萌生和裂纹扩展被归类为宏观的来源并释放大量的能量。位错运动，塑性变形，相变，双晶，空洞形成，微裂纹萌生被列为微裂纹源。不同的(AE)传感器，放置在金属结构可以检测超高频频噪声。噪声的振幅对应的生长速度，对于裂纹位置，不同的传感器之间可以允许到达的时间的不同。所述技术允许监测的结构的结构完整性。有效的结构健康监测系统可以抵消声音发射的大量数据需要被储存或处理的主要缺点。通过图11举例说明的探测方法能够被利用。例举由图的检测方法。

其它实施例中,为了进行基于上述原理的检测,也可能需要一个超声波发射器,例如，集成在腔体内或腔体外。发射器可以装配在腔体外，并且超声波可以被探测然后从腔体内部。然后，发射器伪装紊乱的出现，同一系统将能够定位超声波进入腔体的孔的位置。

在另一起案例中,可以把发射器放在腔体的一端。发射出的超声波穿过腔体,将通过裂缝逃出腔体。超声波的级别差异给裂缝的尺寸(和存在)提供了指示。

更一般地，描述了一种用于执行研究中的物体的结构健康监测系统。所述系统包括，根据至少一些实施例，一个空心腔体结构包括一个或多个腔体，任选地，利用增量制造获得，腔体结构是从它的周围可密封的，并形成研究中的物体的一个组成部分。该系统包括一个位置检测装置，用于探测在研究中的物体的磨损或裂纹或腐蚀的位置。位置检测装置可以包括至少一个检测器，用于检测第一和第二物理信号类似物磨损或裂纹或裂纹萌生位于空心腔体结构或在结构中的特定位置。物理信号例如可以是一个压力波或超声波信号、或者一个声信号，由泄漏引起的，或者泄漏扩大造成流体中的紊流引起的。物理信号可以是一个声能波类似物，例如，由磨损或裂纹或裂纹萌生或腐蚀造成的。该声能波由此在结构中创建，并与腔体相互作用。腔体然后形成触角捕获结构中的声能波。位置检测装置可以包括一个传感器，例如，压力传感器，安装在腔体的一侧，第一个物理信号是从裂纹或者磨损发生的位置接收到的一个波的类似物，第二物理信号是从产生裂纹或磨损后，第一次反射到腔体的壁的位置接收的波的类似物。在可选择的实施例中，位置检测装置还可以包括至少两个压力传感器，每个传感器检测一个物理信号，接收来自裂纹或者磨损发生的位置的一个波的类似物。

系统也包括一个处理器用于结合第一和第二信号，参照腔体得到磨损或裂纹的位置。处理器适用于确定一个差分信号。

处理器适用于获取子样品精确度利用延时识别传输函数。或者，处理器也可以被编程用于利用参数式地识别传递率函数。该方法可以通过利用多变量传递率函数推广至多种裂纹。

使用参数化的处理器也可以被编程确定传播能力的函数。该方法可以推广到多个裂缝通过使用多变量传递率的函数。

反演法,例如，加权伪逆方法,也可以用来检测定位,例如，声的来源。

如上所述，使用在腔体中的流体可被选择用于最适宜影响探测可能性。

本发明的一些实施例中，可以提供一种外部来源用于在研究中的物体中或者腔体中引入压力波、声波或者超声波。

如其它方面中的一个方面所描述，这些特征可以与用来执行研究中的物体的结构健康监测的系统结合。

通过说明的方式，本发明的实施例不被限定于此，一些示例性实施例进一步描述，展示了判定裂纹、磨损或腐蚀前兆损伤检测。本发明的实施例在上公开的使用直接损害指示器，一个腔体的内部压力的泄漏，以检测和定位损伤，例如，裂纹。在一些应用中，能够检测出更小的破坏现象是必要的，例如，比起实际可行用当前描述的结构健康监测系统更小的可检测的裂纹长度。在一些应用中会更需要监测损伤前兆。损伤的前兆是结构材料特性，能够使进展监测朝向损伤萌生早于实际损伤出现。例如，对于一个疲劳裂纹可能的损坏前兆可以是位错的运动，形成滑移带和微裂纹等。

由于它们的生产噪声，上面提到的声音发射的技术具有以检测一定数量的损坏前兆的能力。声音的噪声源分类取决于在两个等级能量释放的量：微观和宏观的源。相对晶粒运动，裂纹萌生和裂纹扩展被归类为宏观的源并释放大量的能量。位错运动、塑性变形、相变、双晶、空洞形成、微裂纹萌生被列为微裂纹源。

根据本发明的实施例描述的系统的一个优势是，系统可以扩展任选地与声音发射系统，允许以检测来自所监视的组件中的多个位置的声音发射，用有限数量的声音发射传感器，以较小的减弱信号强度(衰减)创造一个信号的显著增加噪声比。衰减是声音发射技术的主要限制。这种改善是由于声音发射信号是由系统在源的接近度之内所捕获，并运送(引导)朝向无显著衰减声发射传感器的事实。衰减通常是由于声音发射波的无数次反射，由于几何扩散，声波在结构边界散射和衰减。

本发明第一实施例中,需要早期损伤检测或者甚至前兆探测已展示在图22和图23中。图22展示了一个3D图示，图23展示了一个2D截面视图。

该装置具有一个腔体2300，它是组件2310的一个组成部分。腔体2300(为了清晰度，在原理图上做了扩大)包括一个毛细管3D网状结构在若干位置(为了清晰度，这里只显示中间的一部分)在发射源点2320的附近，锥形端件2390。这些端件在多个方向提供。这些方向可以根据预期的角部用具有最高声发射辐射振幅被成形。取决于应用其他类型的内部腔体结构的是可以预见的。在这些腔体结构的内面内部结构被提供，它包括线材或杆或填充有流体的毛细管2340用于外腔的毛细管。该内部结构允许声音发射波传播而不几何扩散，有限的内部反射和具有低的吸收。几何扩展显著降低是由于这样的事实，一个气体存在于内部结构和腔体之间。这种气体可作为声或超声隔离器，以这种方式声音发射波在内部结构中的传播，不会几何扩散。反射是有限的，是由于这样的事实，所有的方向转换都顺利完成。在这些线材、杆或毛细管端件，声音发射源附近，超声波/声透镜装置被提供，把声音发射波调节进入线材、杆或毛细管(在示意图通过锥形表示)，使系统能够以有限内部反射从一个较大的表面有效地引入能量进入线材、杆或毛细管。在图23中，展示了一个声超声波聚焦透镜2350和声学超声准直仪2360。压力传感器2380和圆锥形端件腔体2390也是可见的。为了获得低衰减，取决于线材、杆、或者毛细管和透镜装置的材料，这些线材、杆或毛细管用冶金，陶瓷或聚合的连接点，连接到透镜装置，根据线材，杆或毛细管和透镜装置并形成一种材料类型的一个组成部分。透镜设备还用冶金，陶瓷或聚合的连接点连接到组件。由于低的声音吸收，内部结构通常地由金属制成。如果组件是金属的，内部结构和组件之间的链接将会是冶金的，这意味着内部结构和组件将再次形成一个组成部分。在声音发射传感器2370端点，安装一个透镜装置(也在原理图用锥形表示)，会预见在已安装的传感器表面有效地创造一个准直声音发射波。声音发射传感器不必安装在声发射源的附近，并且安装在一个容易维护的位置是一个优势。腔体结构可以连接到一个压力换能器来监测腔体结构的内部压力来检测可能的裂纹或者磨损已经传播直到到达腔体结构。腔体结构和内部结构将部分地用增量制造或减材和增量制造的组合制造。

为了支持在特定点的内部线材、杆或毛细管，例如，一个角落(图24所示)，可以使用弹性元件(例如，弹簧)。这些弹性元件导致声波能量有限的衰减。2410年2410年一个弹性元件腔线/棒/毛细管所示。弹性元件2410、腔体2420和线材/杆/毛细管已展示。

本发明第二实施例中,需要早期损伤检测或者甚至前兆探测已展示在图25和图26中。除内部结构没有透镜设备外，这个实施例与第一实施例类似。

本发明第三实施例中,需要早期损伤检测或者甚至前兆探测已展示在图27和图28中。除内部结构没有线材、杆或者毛细管传播声音发射波外，这个实施例与第一实施例类似。在这个实施例中，传播是通过利用腔体结构内部流体进行的。最后聚焦声/超声波透镜可以预见一个结构将会在其特征频率振动增加所需的频率范围的敏感度。图28中，加荷圆筒状物2810和具有特定的特征频率的结构2820

本发明第四实施例中,需要早期损伤检测或者甚至前兆探测已展示在图29和图30中。除内部结构没有透镜设备外，这个实施例与第三实施例类似。

至少两个声音发射传感器的应用也允许定位声音发射源的来源，相比一般的声音发射传感器需要至少3个传感器来定位声音发射位置，这是一个优势。同时监测多个损伤现象，定位能力将是必要的。这是所述系统的一个优势,可以监测多个位置，用标准声音发射技术不那么的直接，并且最后，压力传感器系统提供了又一个具有嵌入式物理存储器的系统备份系统。

Claims (16)

1.一种用于执行研究中的物体(102)的结构健康监测的系统，所述系统包括：

一个空心腔体结构(101)包括利用增量制造获得的一个或者多个腔体，腔体结构(101)，固有的密封或者自其周围可密封，从它的环境，选择性地，不包括压力传感器或连接所安置的位置，形成所研究的物体(102)的一个组成部分，所述腔体结构被进一步连接到一个压力传感器(103)用于感应腔体结构(101)内至少一个压力。

2.根据权利要求1所述系统，其中，空心腔体结构(101)中的至少一个腔体可以被描述为通过扫描的区域限定的体积，由封闭二维曲线限定，沿着至少一条路径，从而路径垂直地通过由封闭二维曲线限定的平面，路径在一个至少二维空间扩展。

3.根据之前任一权利要求所述系统，其中，空心腔体结构中的至少一个腔体可以被描述为通过扫描的区域限定的体积，由封闭二维曲线限定，沿着至少一条路径，从而路径垂直地通过由封闭二维曲线限定的平面，路径在一个至少三维空间扩展。

4.根据权利要求2或者3所述系统，其中，区域在路径至少数个点变化。

5.根据之前任一权利要求所述系统，其中，空心腔体结构至少一个腔体包括一个内部桁架结构在其中。

6.根据之前任一权利要求所述系统，空心腔体结构(101)在压力或超压力之下充满流体。

7.根据之前任一权利要求所述系统，其中，所述系统还包括一个压力传感器(103)，可连接到腔体结构(101)，用于感应腔体结构(101)中的压力，和/或者其中所述系统还包括一个处理单元(104)，适于接收代表完全一体化的空心腔体结构的物理参数的测量信号，并且用于处理所述测量信号，用于检测研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹或腐蚀。

8.根据权利要求7所述系统，所述系统包括所述处理单元，

-其中，所述测量信号是压力引起的信号，并且其中，处理单元(104)适于处理所述压力引起的信号，例如检测空心腔体结构(101)中的压力变化，并且利用所述压力变化判断研究中的物体(102)是否已经发生磨损或者裂纹，和/或

-其中，处理单元(104)适于接收来自空心腔体结构或物体本身(101)的声音发射信号的数据，并用所述数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹，和/或

-其中，所述处理单元(104)适于接收越过空心腔体结构(101)的表面的超声波数据，并用所述超声波数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或者裂纹。磨损或裂缝发生在对象下研究。

9.根据之前任一权利要求所述系统，所述系统的腔体包括一种流体渗透用于利用裸眼和/或影像系统进行可视化磨损或裂纹检测。

10.一种用于制造适用结构健康检测的物体(102)的方法，所述方法包括

-定义和获得关于在物体(102)中一个空心腔体结构(101)的位置，尺寸，形状和定位的信息，考虑到组件的负载条件和位置的信息，和

-创建物体或其整体的一部分，包括，考虑到所述信息，通过利用增量制造的空心腔体结构(101)。

11.一种用于执行研究中的物体的结构健康监测的方法，所述方法包括：

-施加压力，与环境压力不同，在空心网状结构结构(101)上，包括利用增量制造获得一个或多个腔体，形成研究中的物体的整体的一部分，自其周围被固有地密封或可密封的，任选地，除压力传感器或连接所安置的位置外，并且

-测量压力引起的信号以检测所述空心腔体结构(101)中的压力变化，利用所述压力变化判断研究中的物体(102)是否已经发生磨损或裂纹或腐蚀。

12.一种用于执行根据权利要求11所述的结构健康监测的方法，其中，所述测量包括利用所述压力变化判断研究中的物体的一个位置的磨损或裂纹或腐蚀。

13.根据权利要求11或者12所述的方法，所述方法包括

-接收来自从空心腔体结构或结构本身(101)的声音发射信号的数据，并且利用所述数据判断研究中的物体(102)是否已经发生磨损或裂纹，和/或

-接收来自空心腔体结构或结构本身(101)的声音发射信号的数据，并且利用所述声音发射信号数据判断研究中的物体(102)的裂纹的位置，和/或

-接收越过空心腔体结构(101)的表面的超声波数据，并利用所述超声波数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

14.一种和结构健康监测系统一起使用的处理单元，所述处理单元适于

-接收代表完全集成的三维空心腔体结构的物理参数的测量信号和

-用于处理所述测量信号，检测研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

15.根据权利要求14所述的处理单元，其中

-测量信号是压力引起的信号，并且其中所述处理单元(104)还适于处理所述压力引起的信号，例如，探测空心腔体结构(101)中的压力变化，和从得到的所述压力变化判断研究中的物体(102)是否已经发生磨损或裂纹，和/或

-所述数据处理单元(104)适于接收来自空心腔体结构(101)的声发射信号的数据，和从得到的所述数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹，和/或

-所述处理单元(104)适于接收越过空心腔体结构(101)的表面的超声波数据，和从得到的所述超声波数据判断研究中的物体是否已经发生磨损或裂纹。

16.一种电脑程序产品用于执行，当在一部处理器上运行时，一种根据权利要求10至13任一权利要求所述方法。