CN105793702B - 复合结构的健康监测 - Google Patents

Abstract

本公开描述用于实施结构的健康监测，包含对移动平台的复合夹层式结构中的结构损坏和液体(例如，水、燃料、防冰冻流体、水分等)侵入的监测的装置、组合件、设备和方法。用于检测结构中的水侵入的示例性方法包括：将机械能引入至所述结构中；感测传输穿过所述结构的所述机械能；以及基于所述所感测的机械能来确定所述结构中的水侵入的存在。

Description

复合结构的健康监测

相关申请的交叉引用

本国际PCT专利申请依赖2013年11月8日提交的美国临时专利申请序列No.61/901,672的优先权，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本公开一般来说涉及结构的健康监测，包含夹层式复合结构中的健康状况(诸如结构损坏和液体侵入)的检测。

技术背景

移动平台(诸如飞机)通常包含多层结构(诸如夹层式复合结构)以形成其框架的各种结构部分。这些结构可包括形成内层的齿槽或蜂窝结构，其每一侧用蒙皮加衬。蜂窝结构可具有蜂巢状配置且蒙皮可由不可渗透的材料制成。

在航空学中且尤其是在飞机的维护中，检测这些结构中水的存在可以是重要的。水的存在可指示蒙皮中的一者已被损坏且还可能影响结构的价值和重量。通常，通过在维护程序期间的常规检查或通过水存在的可见迹象来检测夹层式复合结构中水的存在。然而，这些结构的一部分可能不可见，且为了检查可能需要某种程度的拆卸。用于检测这些结构中的水侵入的一些当前的无损检查(NDI)方法限于水已在结构的检查侧上积聚的情况，就像使用常规超声波探头和/或可能需要显著地拆卸移动平台的一部分来准许射线照相检查的情况一样。这种拆卸可能是相对劳动密集的，而且可能增加检查的成本和时间要求。

因此需要改进。

概要

本公开一般来说涉及结构的健康监测。举例来说，本公开描述用于实施复合结构的健康监测，包含夹层式复合结构中的健康状况，诸如结构损坏和/或液体(例如，水、燃料、防冰冻流体、水分等)侵入的检测的装置、设备、组合件和方法。本公开还描述用于实施复合结构的声-超声波(例如，导波)检查的装置、设备、组合件和方法。

在一个方面，本公开描述一种组合件，其包括：

结构，其包含：夹层部分，其包括由中间区域分隔的第一层和第二层；和第一部分，其邻近所述夹层部分并机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层；

致动器，其被配置用来将机械能引入至所述结构的所述第一部分中以用于传输至所述结构的所述夹层部分的所述第一层中和所述第二层中；以及

传感器，其被配置用来感测从所述致动器传输穿过所述第一层和所述第二层中的至少一者的所述机械能。

所述结构可包括第二部分，所述第二部分机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层中的所述至少一者。所述第二部分可机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层。

所述夹层部分可限定引入至所述第一部分中的所述机械能可传输至所述第二部分所沿的路径。所述路径可包括：包括所述第一层的第一路径和包括所述第二层的第二路径。

所述夹层部分可设置在所述第一部分与所述第二部分之间。

所述第一部分和所述第二部分可分别设置在所述夹层部分的不同侧。

所述传感器可被配置用来感测所述第二部分中的机械能。

所述第二部分可包括整体结构。

所述第一部分可包括整体结构。

所述中间区域可包括蜂巢状结构。

所述致动器和所述传感器中的至少一者可包括压电换能器。

所述致动器可被配置用来将机械波引入至所述第一部分中。

在另一方面，本公开描述包含飞机的移动平台，所述飞机包括如本文中公开的组合件。

在另一方面，本公开描述一种用于检查结构的夹层部分的方法，所述夹层部分包括由中间区域分隔的第一层和第二层。所述方法包括：

将机械能引入至第一部分中，所述第一部分邻近所述夹层部分并机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层；

感测传输穿过所述第一层和所述第二层中的至少一者的所述机械能；以及

基于所述所感测的机械能确定所述夹层部分的健康状况。

可感测第二部分中的所述机械能，所述第二部分邻近所述夹层部分并机械地耦合至所述第一层和所述第二层中的所述至少一者。

所述健康状况可包括所述夹层部分中外来物质的存在。

所述健康状况可包括所述夹层部分中的水侵入。

引入的所述机械能可包括机械波。

所述健康状况的所述确定可包括将表示所述所感测的机械能的数据与和处于健康状态的所述夹层部分相关联的基线数据进行比较。

所述健康状况的所述确定可包括识别表示所述所感测的机械能的所述数据与所述基线数据之间的波形特性的差异。

所述波形特性可包含振幅、频率、相移、时间延迟和波形失真中的至少一者。

在另一方面，本公开描述一种用于检查结构的夹层部分的方法，所述夹层部分包括通过中间区域分隔的第一层和第二层。所述方法包括：

将机械能引入至第一结构部分中；

准许经由所述夹层部分的所述第一层和所述第二层将所述机械能从所述第一结构部分传递至第二结构部分；

感测所述第二结构部分中的所述机械能；以及

基于所述所感测的机械能确定所述夹层部分的健康状况。

所述健康状况可包括所述夹层部分中外来物质的存在。

所述健康状况可包括所述夹层部分中的水侵入。

所述机械能可包括机械波。

所述健康状况的所述确定可包括将表示所述所感测的机械能的数据与和处于健康状态的所述夹层部分相关联的基线数据进行比较。

所述健康状况的所述确定可包括识别表示所述所感测的机械能的所述数据与所述基线数据之间的振幅的差异。

当所述所感测的机械能的所述振幅低于所述基线数据的所述振幅时，所述健康状况可表示水侵入。

在另一方面，本公开描述一种用于检测结构中的液体侵入的方法。所述方法包括：

将机械能引入至所述结构中；

感测传输穿过所述结构的所述机械能；以及

基于所述所感测的机械能确定所述结构中液体侵入的存在。

所述机械能可包括机械波。

确定液体侵入的所述存在可包括将表示所述所感测的机械能的数据与和处于健康状态的所述结构相关联的基线数据进行比较。

确定液体侵入的所述存在可包括识别所述所感测的机械能与所述基线数据之间的振幅的差异。

在另一方面，本公开描述一种用于检测结构中的液体侵入的设备。所述设备包括：

至少一个致动器，其被配置用来将机械能引入至所述结构中；

至少一个传感器，其被配置用来感测传输穿过所述结构的所述机械能；

至少一个处理器；

媒体，其包含可由所述至少一个处理器执行并被配置用来使所述至少一个处理器执行以下操作的机器可读指令：使用表示由所述传感器感测的所述机械能的数据，基于所述所感测的机械能产生表示所述结构中的液体侵入的一个或多个信号。

所述机械能可包括机械波。

所述机器可读指令可被配置用来使所述至少一个处理器产生用于控制所述至少一个致动器的一个或多个信号。

所述机器可读指令可被配置用来使所述至少一个处理器将表示由所述传感器感测的所述机械能的所述数据与和没有液体侵入的夹层结构相关联的基线数据进行比较。

所述至少一个致动器和所述至少一个传感器中的至少一者可包括压电换能器。

在各种方面，本公开描述包含飞机的移动平台，所述飞机包括如本文中公开的设备。举例来说，本公开描述包括如本文中公开的设备的移动平台的健康监测系统。

在另一方面，本公开描述一种用于监测移动平台的复合结构的装置。所述装置包括：

至少一个处理器；

媒体，其包含可由所述至少一个处理器执行并被配置用来使所述至少一个处理器执行以下操作的机器可读指令：

使用表示在所述复合结构中感测的机械能的数据，确定液体侵入是否存在于所述复合结构中；以及

如果液体侵入存在于所述复合结构中，产生表示所需的一个或多个预防性或校正性行动的一个或多个信号。

所述数据可以表示传输穿过所述复合结构的一部分的机械能。

所述数据可以表示传输穿过所述复合结构的第一层和第二层的机械波。

所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器监测所述所感测的数据的至少一个趋势。

所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器基于所述所感测的数据的所述所监测的趋势来产生表示所需的所述一个或多个预防性或校正性行动的所述一个或多个信号。

所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器将所述所感测的数据与和处于健康状态的所述复合结构相关联的基线数据进行比较。

所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器将所述所感测的数据与所述移动平台的位置信息相关联。

所述移动平台可包括飞机且所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器将所述所感测的数据与和所述飞机相关联的飞行数据相关联。

所述机器可读指令可被配置用来使所述处理器使用来自多个移动平台的数据。

所述设备可以在所述移动平台之外。

在各种方面，本公开描述包括如本文中公开的装置的地面站。

在各种方面，本公开描述使用声-超声波(例如，导波)检查以用于检测包含夹层式结构的结构中的液体侵入。

在各种方面，本公开描述使用声-超声波(例如，导波)检查以用于检测包含夹层式结构的结构中的水侵入。

本申请的主题的这些和其它方面的进一步细节将从下文包含的详细描述和附图显而易见。

附图简述

现在参照附图，其中：

图1示出用于实施结构健康监测的示例性设备的示意性表示；

图2示出图1的设备的另一示意性表示；

图3示出包含示出示例性结构损坏和液体侵入的结构的组合件的横截面视图；

图4示出图3的组合件的仰视图；

图5示出用于监测结构的健康的方法的流程图；

图6示出用于检测与结构相关联的健康状况的示例性方法的流程图；

图7示出在具有不良的健康状况的结构中感测的示例性机械波和在结构处于健康状态时预期的对应的示例性基线机械波的图形表示；

图8示出用于监测飞机的结构的示例性设备的示意性表示；以及

图9示出用于监测飞机的结构的另一示例性设备的示意性表示。

详细描述

通过参照附图来描述各种实施方案的方面。

本公开描述用于实施结构(包含复合夹层式结构)的健康监测的装置、组合件、设备和方法。在各种实施方案中，本文中公开的装置、组合件、设备和方法可用以监测移动平台(例如，运载工具)，诸如飞机、火车、轮船、汽车或其它类型的有人驾驶的或无人驾驶的运载工具中的一个或多个(例如，包含队)的复合结构。这些移动平台可包含集体的、私人的、商业的或任何其它类型的飞机，包含窄体飞机、双发动机喷气式班机。举例来说，本文中公开的装置、设备、组合件和方法可用于实施结构的健康监测，包含对这些结构中的健康状况，诸如结构损坏、液体(例如，水、燃料、防冰冻流体、水分等)侵入和/或与这些结构相关联的其它异常的检测。在各种实施方案中，公开的装置、设备、组合件和方法可被配置用于实施结构的声-超声波(例如，导波)检查。在各种实施方案中，本文中公开的装置、设备、组合件和方法可用于检测这些结构中的水侵入。

图1示出可用于进行结构健康监测的大体上以10示出的示例性设备的示意性表示。设备10可包括一个或多个传感器12(下文中称作“传感器12”)，其被配置用来采集与一个或多个结构14(下文中称作“结构14”)相关联的信号。结构14可以是移动平台的一部分。举例来说，结构14可以是飞机的一部分，诸如飞机的机身、油箱、机翼、尾部、稳定器和/或飞行控制面。因此，传感器12可永久地耦合并紧固至结构14，或替代地，传感器12可暂时地耦合至结构14以用于采集所感测的数据18的目的。

在各种实施方案中，传感器12可被配置用来产生表示在结构14中感测的机械能(例如，机械波、振动)的信号。举例来说，传感器12可包括可具有感测结构14中的机械波的能力的一个或多个压电换能器。如下文所解释，可使用与设备10相关联的致动器(见图2)来产生这些机械波。设备10还可包括一个或多个处理装置16(下文中称作“处理装置16”)。处理装置16可被配置用来从传感器12接收表示所感测的数据18的一个或多个信号。处理装置16可被配置用来基于所感测的数据18产生表示结构14的一个或多个健康状况的一个或多个信号20(下文中称作“所产生的信号20”)。

处理装置16可位于结构14所属于的移动平台之上或之外。举例来说，处理装置16可以是移动平台(例如，飞机)的健康监测系统的一部分。替代地或另外，处理装置16可以是可被配置用于在维护人员实施的检查程序期间与传感器12耦合并从传感器12接收所感测的数据18的地面支持设备(GSE)的一部分。举例来说，处理装置16可并入至便携式(例如，手持式)装置中，该装置可经由合适的有线和/或无线接口耦合至传感器12。替代地，如下文进一步解释，处理装置16可并入至地面站中，而且所感测的数据18可通过维护人员手动地或通过其它合适的(例如，至少部分自动化的)构件经由与一个或多个移动平台的有线和/或无线通信传送至处理装置16。所感测的数据18可由处理装置16按规则间隔接收，规则间隔可以是预定的。

所产生的信号20可以表示液体(例如，水、燃料、防冰冻流体、水分等)侵入、结构损坏、结构损坏程度或与结构14相关联的其它(例如，结构)异常。应理解，液体在检测期间可以呈固态形式(例如，冰)且设备10可有效地用以检测结构14中外来物体或物质的存在。在所检测的健康状况无法令人满意，包含检测到(例如)液体侵入、结构损坏或其它异常的情况下，所产生的信号20可以表示一个或多个建议的预防性或校正性行动(或揭示实施所述行动的需要)。在只检测到微小的结构健康问题的情况下，建议的行动可以是通过例如增大检查频率来修改结构14的检查时间表。替代地，在检测到较严重的结构健康问题的情况下，建议的校正性或预防性行动可包含评估结构14(诸如结构14的视觉检查和/或完全的完整性检查)，修理和/或更换结构14的至少一部分。这些预防性或校正性行动接着可由维护人员安排和执行。替代地，这些预防性或校正性行动可包括激活移动平台的替代操作模式和/或通过结构14所属于的移动平台的系统执行行动。这些行动可由移动平台的这个(些)系统自动地或半自动地执行。

图2示出根据另一示例性实施方案的用于健康监测的大体上以100示出的设备的示意性表示。设备100也可被配置用来基于所感测的数据18输出表示与结构14相关联的一个或多个健康状况的所产生的信号20。在各种实施方案中，设备100可被配置用来执行结构14的至少一部分的声-超声波(例如，导波)检查。举例来说，设备100可被配置用来经由一个或多个致动器24将机械能22引入至结构14中。通过致动器24引入的机械能22中的一些可被准许传输穿过结构14的至少一部分。举例来说，一些机械能22可被准许经由结构14中提供的一个或多个路径从致动器24传递至传感器12，所述路径可准许机械能22沿着其进行传递。因此，所感测的数据18可以表示已从致动器24传输穿过结构14的机械能。机械能穿过结构14的传输可经由直接传输、反射、折射和/或衍射发生。

处理装置16可包括用于实施结构14的健康监测的至少一些方面的一个或多个数字计算机或其它数据处理器和相关附件。举例来说，处理装置16可包括一个或多个处理器26(下文中称作“处理器26”)。处理器26可包含一个或多个微控制器或其它合适地编程的或可编程逻辑电路。处理装置16可包括一个或多个存储器28(下文中称作“存储器28”)和存储器数据装置或寄存器。存储器28可包括适合用于可检索地存储可由处理器26执行的机器可读数据和指令的任何存储构件(例如，装置)。举例来说，存储器28可包含可擦除可编程只读存储器(EPROM)和/或快闪存储器或适合于以易失性或非易失性、非暂时性形式存储电子数据信号的其它(例如，电磁)媒体。存储器28可含有用于由处理器26执行的机器可读指令。这些机器可读指令可使处理器26基于所感测的数据18输出所产生的信号20。在各种实施方案中，所产生的信号20可以表示结构14中的健康状况(诸如液体侵入)，和/或可以表示关于结构14需要或建议的一个或多个预防性或校正性行动。

机械能22可包括通过致动器24引入至结构14中的一个或多个机械波(例如，振动)。机械波可以具有已知波形(例如，振幅、频率和持续时间)且可通过致动器24可控地产生。举例来说，处理装置16可产生用以驱动致动器24以便将所需机械波引入至结构14中的一个或多个询问信号30。因此，可基于结构14的一个或多个物理特性(诸如大小、重量、配置、形状、材料和/或固有频率)而选择机械能22。可替代地或另外基于将被检测的健康状况的类型(例如，结构损坏的大小)来选择机械能22。在各种实施方案中，基本上相同的机械波形可被重复地使用(例如，周期性地用脉冲传送的或多循环加窗猝发音)以询问结构14并监测结构14的结构健康。

为了产生所产生的信号20，可将所感测的数据18与基线数据32进行比较。基线数据32可以表示响应于在结构14处于健康状态时通过致动器24引入的机械波形的来自传感器12的预期输出。举例来说，可通过响应于在结构14是健康的(例如，没有实质的结构损坏和/或液体侵入)时通过致动器24引入的已知波形而获得所感测的数据18来产生基线数据32，且接着将基线数据32存储在存储器28中以用于未来比较。接着，为了检查的目的，可通过致动器24引入相同的波形且可通过比较波形特性来将从传感器12获得的所感测的数据18与基线数据32进行比较。所感测的数据18与基线数据32之间的波形特性的差异可以指示结构14中的一个或多个异常。这些异常可包含结构14中的结构损坏的存在、结构损坏的程度或严重性和/或液体侵入。在各种实施方案中，处理装置16可被配置用来至少部分地基于所感测的数据18与基线数据32之间的波形特性的差异来识别异常的类型。

在各种实施方案中，致动器24和传感器12可各自包括一个或多个压电换能器且可以具有基本上相同的构造。举例来说，致动器24和传感器12中的每一者可被配置用来传输和/或感测机械能。因此，即使图2中所示的示例性实施方案示出机械能22从致动器24传输至传感器12，但应理解，机械能穿过结构14的传输也可在相反方向上执行。

图3示出大体上以34示出的组合件，其包含结构14(以横截面视图示出)、致动器24和传感器12。结构14可包括一种或多种复合材料。举例来说，结构14的一种或多种成分可包括碳纤维加固的塑料或适合用于飞机应用的其它复合材料。结构14可包括或形成飞机的机身和/或尾部的一部分。举例来说，结构14可以是飞机的机身冠部或水平稳定器的一部分。结构14可包括夹层部分36、邻近夹层部分36的第一部分38和也邻近夹层部分36的第二部分40。致动器24可操作地耦合至第一部分38且传感器12可操作地耦合至第二部分40。替代地或另外，传感器12可操作地耦合至结构14的夹层部分36的一部分。应理解，一个或多个传感器12和/或一个或多个致动器24可安装至结构14的任何合适的部分。举例来说，致动器24和/或传感器12可永久地或暂时地操作地耦合至结构14。致动器24和传感器12与结构14的操作耦合可包括机械耦合(例如，紧固)或准许通过致动器24将机械能引入至结构14中并通过传感器12感测传输穿过结构14的机械能22的其它合适的类型的耦合。

夹层部分36可包括通过中间区域46分隔的第一层42和第二层44。中间区域46可以是基本上空心的或基本上填满的。中间区域46可另外称作夹层部分36的核心。举例来说，中间区域46可包括每一侧通过第一层42和第二层44加衬的齿槽或蜂窝结构。换句话说，第一层42和第二层44可充当对中间区域46的每一侧加衬的蒙皮。蜂窝结构可具有蜂巢状配置且可通过已知或其它方式至少部分粘合至第一层42和/或第二层44。第一层42和第二层44中的一个或多个可由基本上不可渗透的材料制成。第一层42和第二层44可制成为在夹层部分36的一侧或多侧上相遇(即，汇合)以便在中间部分46周围形成包络。举例来说，第一层42和第二层44可被制成为在结构14的第一部分38和第二部分40中的一个或多个处相遇。因此，第一层42和第二层44可机械地耦合至第一部分38。类似地，第一层42和第二层44可机械地耦合至第二部分40。举例来说，第一部分38和/或第二部分40可包括基本上实心的(例如，整体、实心层压)结构。举例来说，第一部分38和/或第二部分40可包括第一层42与第二层44的汇合以形成基本上实心的结构而在其之间没有蜂巢状结构。第一部分38和第二部分40可设置在夹层部分36的不同侧。举例来说，第一部分38和第二部分40可设置在夹层部分36的相对侧，其中夹层部分36设置在第一部分38与第二部分40之间。

第一层42和第二层44与第一部分38的机械耦合可准许通过致动器24引入至第一部分38中的机械能22传输穿过第一层42和第二层44。类似地，第一层42和第二层44与第二部分40的机械耦合可准许来自第一部分38的传输穿过第一层42和第二层44的机械能22到达第二部分40。因此，第一层42和第二层44可形成一个或多个路径，机械能22可沿着所述路径从第一部分38传输至第二部分40和/或从第二部分40传输至第一部分38。换句话说，通过致动器24引入的机械能22可在从第一部分38传输时分裂于第一层42与第二层44之间并接着在它到达第二部分40时因为第一层42与第二层44的汇合而重新结合。应理解，通过致动器24引入的能量中的一些可耗散至结构14中，而且还应理解通过致动器24引入的能量中的一些可在与朝向传感器12不同的方向上传输。因此，应理解，仅仅通过致动器24引入的机械能中的一些可到达传感器12。

夹层部分36的第一层42可包括结构14的外蒙皮。举例来说，第一层42可包括外表面42a(与中间区域46相对)，其在结构14可能属于的移动平台的使用期间可暴露于外部环境。第二层44可包括结构14的内蒙皮。举例来说，第二层44可包括内表面44a(与中间区域46相对)，其在移动平台的使用期间可能不暴露于外部环境。图3还示出可与结构14相关联且可使用设备10、100检测的示例性结构损坏47、48和49。结构损坏47可例如包括中间区域46的蜂窝结构与第一层42和第二层44中的一个或多个之间的一个或多个剥离区域。结构损坏48可包括结构14中的一个或多个裂缝、圆槽、凹痕、孔或其它类型的不良的结构损坏。取决于其严重性，结构损坏48可使液体50(例如，水)穿透第一层42并聚集和捕获在中间区域46中。水或其它液体存在于第一层42与第二层44之间可以是结构14的不良健康状况。结构损坏49可包括中间区域46中的已被损坏(例如，压碎)的核心结构的一个或多个部分。因此，可能需要检测这些不良健康状况中的一个或多个，使得可执行适当的预防性和/或校正性行动。

取决于结构14的特定配置和定向，液体50可能聚集在不易于接近来使用常规无损检查(NDI)形式进行检查的表面上。举例来说，在图3所示的示例性实施方案中，液体50可因为结构14的定向和重力的方向而抵着第二层44聚集。在本实例中，第二层44可以是内层且在不在某种程度上拆卸移动平台的一部分的情况下，内表面44a可能不可见或不易于接近以致无法进行一些常规的无损检查方法(例如，视觉检查、射线照相法、热成像法)。另外，仅对外表面42a使用一些现有的NDI方法可能无法揭示损坏48和/或液体侵入的全部程度，尤其是在例如液体50已抵着第二层44积聚时。

在各种实施方案中，本文中公开的设备和方法可用以在极少拆卸至不拆卸移动平台的情况下检测结构损坏47、48、49、捕获的液体50和/或其它外来物质。举例来说，机械能22传输至第二层44中可准许检查第二层44，即使第二层44可能不可见。因此，机械能22同时传输穿过第一层42和第二层44可准许同时检查第一层42和第二层44。举例来说，这种同时检查可准许在不显著地拆卸的情况下检测与第一层42和第二层44中的任一者或两者相关联的异常(例如，结构损坏和/或水侵入)，且在一些情况下与一些其它现有的NDI方法相比可减少检查时间和成本。

图4示出组合件34的仰视图。组合件34可包括多个致动器24和传感器12(例如，换能器12、24的网络)，其可被分布以覆盖结构14的期望区。在各种实施方案中，致动器24和传感器12可设置在结构14的表面(例如，内表面44a)上，该表面不直接暴露于移动平台外部的环境。举例来说，致动器/传感器12、24可以阵列的形式布置。举例来说，一行或多行致动器/传感器12、24可设置在第一部分38中且一行或多行致动器/传感器12、24可设置在第二部分40中。在设置在第一部分38中的致动器/传感器12、24与设置在第二部分40中的致动器/传感器12、24之间示出点刻线以说明机械能22可跨越夹层部分36传输所沿着的路径。可基于夹层部分36的大小和基于选定的致动器/传感器12、24的类型来选择致动器/传感器12、24的数目。致动器/传感器12、24可被配置为成对地(即，一个来自第一部分38且一个来自第二部分40)、以各种组合或同时一起使用。使用多个致动器12和传感器24可准许识别夹层部分36中的损坏47、48、49和/或液体50的近似位置和/或严重性。

在操作期间，设备10、100可用以实施结构14的健康监测。图5示出用于监测结构14的夹层部分36的示例性方法500的流程图，其中结构14包括通过中间区域46分隔的第一层42和第二层44。方法500可包括：将机械能22引入至邻近夹层部分36且机械地耦合至夹层部分36的第一层42和第二层44的第一部分38中(见方框502)；感测传输穿过第一层42和第二层44中的至少一者的机械能22(见方框504)；以及基于所感测的机械能确定夹层部分36的健康状况(例如，所产生的信号20)(见方框506)。

可感测邻近夹层部分36且机械地耦合至第一层42和第二层44中的至少一者的第二部分40中的机械能22。确定的健康状况可包括夹层部分36中液体/水50的存在、结构损坏、结构损坏程度和/或与结构14相关联的其它异常。确定的健康状况还可包括建议的增加的检查时间表，以及其它可能性。举例来说，确定的健康状况可包括夹层部分36中的水侵入。引入至第一部分38中的机械能22可包括具有预定波形的一个或多个机械波。健康状况的确定可包括将表示所感测的机械能的数据(例如，所感测的数据18)与和处于健康状态的夹层部分36相关联的基线数据32进行比较。

图6示出用于检测结构14中的一个或多个健康状况(诸如结构损坏和/或液体侵入)的示例性方法600的流程图。然而，应理解，方法600可用以检测可能具有与本文中所示的特定结构不同的配置的结构中的健康状况。举例来说，方法600可结合未必包含夹层部分36的结构使用。举例来说，方法600可用以检测结构14的夹层部分36内的液体/水50的存在。方法600可包括：将机械能22引入至结构14中(见方框602)；感测传输穿过结构14的机械能(见方框604)；以及至少部分基于所感测的机械能(例如，所感测的数据18)来确定与结构14相关联的健康状况的存在(见方框608)。

可在第一部分38中引入机械能22且在第二部分40中感测机械能22。健康状况的存在的确定可包括将所感测的数据18与基线数据32进行比较，其中基线数据32可与处于健康状态的结构14相关联。

如果未检测到健康状况，那么方法600可结束，如图6所示，或替代地，方法600可按需要从方框602开始重复。如果检测到健康状况，那么处理装置16可产生指示健康状况存在、指示所检测的健康状况的类型和/或指示需要的预防性或校正性行动的一个或多个信号(见方框610)。在方框610处产生的信号可包括指示存在一个或多个异常的警报或消息。举例来说，一个或多个所产生的信号可包括指示健康状况的一个或多个消息而不伴随有任何建议的预防性或校正性行动。举例来说，消息可简单地指示已检测到液体侵入。另外或替代地，消息可指示基于所产生的信号的建议的行动，诸如建议的未来检查日期或修改的检查时间表。举例来说，这种修改的检查时间表可被推荐以准许监测所检测的特定健康状况的进展且可基于所检测的特定健康状况。

举例来说，表示建议的预防性和/或校正性行动的数据可存储在存储器28中或可另外对处理装置16可用。表示建议的预防性和/或校正性行动的数据可以是数据结构(例如，查找表)的一部分，且可与可由设备10、100检测的各种健康状况20相关联。举例来说，在结构14中刚检测到特定健康状况20(诸如液体侵入的程度)，处理装置16就可检索表示与特定健康状况相关联的一个或多个预防性或校正性行动的数据并产生适当信号(见方框610)。

方法600还可包括执行一个或多个预防性或校正性行动(见方框612)。这个(些)预防性或校正性行动的执行可由维护人员实施。替代地，预防性或校正性行动可由设备10、100或与结构14所属于的移动平台相关联的(例如，移动平台之上或之外的)一些其它系统自动地或半自动地实施。举例来说，这些预防性或校正性行动可包括安排检查或维护程序，移动平台的替代操作模式的激活；和/或在移动平台上执行程序/任务。在各种实施方案中，可在移动平台不在操作中时在检查程序期间，或替代地在移动平台的操作期间实施方法500和600。

取决于在方框612处实施的预防性和/或校正性行动的类型，可能必须或需要产生新的基线数据32以用于未来比较(见方框614)。举例来说，如果实施的预防性和/或校正性行动(例如，修理)可能影响机械能穿过结构14的传输(例如，结构14的声学性质)且因此影响所感测的数据18，那么可能需要基于修理的结构是新的健康的结构来重新产生新的基线数据32，未来的比较将与新的基线数据32进行。

本文中公开的方法(例如，500、600)可至少部分由处理装置16或在处理装置16的控制下执行。因此，存储器28中存储的机器可读指令可被配置用来导致执行本文中公开的方法的至少一部分。举例来说，这些机器可读指令和/或数据(例如，基线数据32)可并入至一个或多个合适的计算机编程产品中。

图7示出表示由传感器12感测的机械能的所感测的数据18，和表示结构14处于健康状态时预期通过传感器12感测的机械能的基线数据32的图形表示。图7示出所感测的数据18和基线数据32的图形表示，其被重叠以用图形说明所感测的数据18与基线数据32之间的差异。所感测的数据18示出为黑色波形且基线数据32示出为白色波形。引入至结构14中的机械能22可呈具有预定特性(例如，振幅、频率、持续时间、相移、飞行时间、波形失真)的机械波形的形式。所感测的数据18与基线数据32的特性的差异可指示一个或多个异常，诸如例如结构14中的结构损坏47、48、49和/或液体侵入50中的一个或多个。

举例来说，机械能22穿过结构14的传输可受机械能22传播穿过的材料所影响(即，被材料修改)。因此，结构14的一部分中的一个或多个异常可诸如通过导致机械能22的振幅、相位、频率、速度或其它波传播特性改变而使机械能22被更改。由于机械能22传播穿过结构14的一部分，通过传感器12采集的所感测的数据18将已被夹层部分36内的任何异常(例如，结构损坏47、48、49和/或液体侵入50)更改或另外被影响，且因此将包含指示机械能22在从致动器24进行的传输期间将遇到的任何异常的信息。举例来说，结构14的中间区域46(见图3)内存在液体50可导致传输穿过夹层部分36的机械能22的阻尼，且可导致由所感测的数据18定义的波形具有与由基线数据32定义的波形不同的波特性(例如，较低振幅)。

处理装置16可被配置(例如，经由存储在存储器28中的机器可读指令)用来用各种方式识别异常，诸如结构损坏47、48、49和/或液体50的存在。举例来说，处理装置16可用预定义阈值(诸如振幅、相移和/或时间延迟的预定义值和/或范围)配置，且可被进一步配置用来在由所感测的数据18表示的波形诸如因为具有较低振幅、较大相移、较大时间延迟或类似物而不符合预定义阈值的情况下确定所感测的数据18可指示结构14的具有异常的一部分。替代地或另外，处理装置16可被配置用来将所感测的数据18与基线数据32进行比较，基线数据32将预期在结构14处于健康的或其它已知状态的情况下(诸如通过在结构14处于健康的或另外已知的状态时提前对结构14进行测试)被接收。因此，处理装置16可被配置用来将所感测的数据18与基线数据32进行比较以便确定所感测的数据18与基线数据32是否相同或足够接近(例如，在基线数据32的预定义范围内)，或替代地，所感测的数据18与基线数据32是否以一方式不同，以便指示结构14具有异常。

指示异常的这些差异可包含振幅、相移和/或时间延迟方面的一个或多个差异。举例来说，图7中说明的示例性所感测的数据18与基线数据32的重叠示出所感测的数据18的波形的一些部分的振幅比基线数据32的波形的振幅低。振幅的这种差异可以表示一个或多个异常，诸如损坏47、48、49和/或液体50中的一个或多个存在于结构14的夹层部分36中。设备10、100还可包括显示器(未示出)，图7的说明可在显示器上向处理装置16的操作者呈现。

图8示出用于监测结构14(其可能是飞机的一部分)的设备10、100的示意性表示。设备10、100可包括至少一个传感器12和至少一个致动器24。替代地，设备10、100可包括按网络布置的多个传感器12和多个致动器24，其用于监测如图8中说明的飞机的不同部分。处理装置16可被配置用来经由接口52与传感器12和致动器24通信。接口52可包括用于收纳连接器(未示出)以与处理装置16建立有线连接的插座。替代地或另外，接口52可被配置用来准许处理装置16与传感器12和致动器24之间的无线通信。

如上文所提到，处理装置16可并入至可能是便携式的基于地面的设备中。处理装置16可被配置用来控制致动器24的操作而且还从传感器12接收所感测的数据18。处理装置16可包括显示器54，所感测的数据18和/或基线数据32的图形表示可显示在显示器54上。显示器54可替代地或另外被配置用来呈现用于操作处理装置16的合适的图形用户界面。处理装置16还可包括一个或多个用户输入装置56，诸如输入键、轨迹球、触摸屏、鼠标或类似物，其可便于处理装置16的操作。

在各种实施方案中，处理装置16可在飞机在地面上时经由接口52连接至传感器12和致动器24以便实施结构14的检查。结构14的检查可按规则间隔实施。处理装置16可被配置用来输出表示与结构14相关联的至少一个健康状况的报告58。报告58可例如呈电子形式或打印形式。报告58、所感测的数据18和/或基线数据32可传输至其它系统(图8中未示出)以用于存储和/或进一步分析。举例来说，基于地面的设备可用以在一些或所有分析可在一个或多个其它系统上实施时收集所感测的数据18。因此，在这个实施方案中，处理装置16的功能性可分布在多个处理装置之间。

图9示出用于监测结构14(其可能是飞机的一部分)的设备10、100的另一示意性表示。在各种实施方案中，处理装置16或其一部分可例如集成至地面站59中，在地面站59处可接收所感测的数据18且可实施分析。举例来说，设备10、100可包括可用以监测飞机的结构14的不同部分的传感器12和致动器24的一个或多个网络。在各种实施方案中，致动器24的控制和所感测的数据18的采集可在飞机上通过飞机的健康监测系统自动地或半自动地实施，且接着所感测的数据18可随后传输至地面站59、16以用于分析。致动器24的控制和所感测的数据18的采集可在飞机的各种操作阶段期间按预定间隔实施。举例来说，设备10、100可被配置用来考虑和/或补偿可能归因于飞机的飞行或其它操作条件的所感测的数据18的干扰，以准许在飞行期间或当飞机在地面上时采集所感测的数据18。举例来说，设备10、100可被配置用来补偿在飞机的操作期间遇到的振动、环境状况(诸如大气压力、温度和/或湿度)的变化。

所感测的数据18和任选地其它数据的传送可经由接口52实施，接口52可准许数据从飞机进行无线传送。设备10、100还可包括集成的机上设备60和健康监测单元62，其可控制致动器24的操作并从传感器12接收所感测的数据18。举例来说，健康监测单元62可被配置用来存储所感测的数据18并用无线方式和/或经由有线连接从飞机传输所感测的数据18。地面站59可被配置用来接收所感测的数据18和任选地其它数据并实施分析。举例来说，处理装置16的功能性可集成至地面站59中，使得健康状况(例如，异常、结构损坏、液体侵入)的确定可由地面站59进行。替代地，处理装置16或其一部分的功能性可集成至机上设备60和/或健康监测单元62中，使得健康状况的确定的至少一部分可在飞机上进行。

地面站59(例如，包含处理装置16)可被配置用来接收经由健康监测单元62从飞机传输的数据，存储数据并任选地实施数据的进一步分析。举例来说，地面站59可接收所感测的数据18并实施与基线数据32的比较，以便确定与结构14相关联的健康状况。替代地，所感测的数据18与基线数据32的比较可在飞机上实施且健康状况可由健康监测单元62传输并由地面站59存储。在任何情况下，在各种实施方案中，地面站59可保留报告的健康状况的历史记录且任选地还保留所感测的数据18以及也保留与飞机相关联的飞行数据(例如，历史)以便实施进一步分析。举例来说，地面站59可被配置用来识别健康状况的趋势，并且还使这些趋势与和飞机相关联的飞行数据相关。举例来说，地面站59可被配置用来使特定健康状况与飞机的特定位置或飞行相关且也使这种健康状况与操作飞机的特定环境和/或操作条件相关联。这些相关和趋势监测接着可用以对结构14的设计或维护时间表进行修改。

尽管图9仅示出一架飞机，数据从该飞机传送至地面站59，但应理解，地面站59可被配置用来从多架飞机接收数据，存储数据并实施数据的进一步分析。举例来说，地面站59可被配置用来实施飞机机群上的结构的监测。因此，地面站59可被配置用来比较从不同飞机接收的数据(包含所感测的数据18、飞行数据和其它数据)以便识别健康状况的趋势。地面站59还可被配置用来监测与一架或多架飞机相关联的特定健康状况的进展。

地面站59可包括中央存储库和/或可与中央存储库通信，中央存储库可存储与多架不同飞机相关联的健康监测数据(例如，所感测的数据18)且可从彼此远程地定位的多个地面站59接收健康监测数据。中央存储库还可包括一个或多个处理装置16，其被配置用来处理所收集的数据并基于中央存储库中积聚的数据识别飞机机群和/或特定类型的飞机的健康状况的趋势。

基于确定的健康状况，地面站59可被配置用来产生表示针对特定飞机或飞机机群可能需要或被建议的一个或多个建议的预防性或校正性行动的信号。在各种实施方案中，地面站59可被配置用来识别所需的特定行动并安排所需行动。地面站59还可被配置用来向飞机或飞机机群的飞行员、操作者和/或管理人发送与确定的健康状况和/或所需行动相关的通知或警报。因此，在各种实施方案中，地面站59(和/或处理装置16)可被配置用来基于从一架或多架飞机接收的数据搜集和计算统计信息并也管理一架或多架飞机的维护的至少某个方面。

以上描述意在仅仅为示例性的，且本领域技术人员将认识到，可在不脱离公开的发明的范围的情况下对所描述的实施方案做出改变。举例来说，本文中描述的流程图和附图中的方框和/或操作仅仅用于实例目的。在不脱离本公开的教导的情况下，这些方框和/或操作可以存在许多变化。举例来说，可按不同顺序执行方框或可添加、删除或修改方框。在不脱离权利要求书的主题的情况下，本公开可以其它特定形式体现。而且，本领域技术人员将了解，尽管本文中公开和示出的系统、装置、设备、方法和组合件可包括特定数目的元件/组件，但所述系统、装置设备、方法和组合件可被修改以包含额外或更少的这类元件/组件。本公开也旨在涵盖和包含所有合适的技术改变。鉴于对本公开的审阅，落在本发明的范围内的修改对于本领域技术人员来说将显而易见，而且这些修改旨在落在所附权利要求书内。

Claims (23)

1.一种组合件，其包括：

结构，其包含：夹层部分，其包括由中间区域分隔的第一层和第二层；和第一部分，其邻近所述夹层部分，所述第一部分包括通过所述夹层部分的所述第一层和所述第二层汇合而限定的层压结构；

致动器，其安装到所述第一部分，并被配置用来将机械能引入至所述结构的所述第一部分中以用于传输至所述结构的所述夹层部分的所述第一层中和所述第二层中；以及

传感器，其被配置用来感测从所述第一部分沿所述夹层部分的所述第一层和所述第二层中的至少一者传输的所述机械能。

2.如权利要求1所述的组合件，其中所述结构包括第二部分，所述第二部分机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层中的所述至少一者。

3.如权利要求2所述的组合件，其中所述第二部分机械地耦合至所述夹层部分的所述第一层和所述第二层。

4.如权利要求2和3中任一项所述的组合件，其中所述夹层部分限定引入至所述第一部分中的所述机械能可传输至所述第二部分所沿的路径。

5.如权利要求4所述的组合件，其中所述路径包括：包括所述第一层的第一路径和包括所述第二层的第二路径。

6.如权利要求2至3中任一项所述的组合件，其中所述夹层部分设置在所述第一部分与所述第二部分之间。

7.如权利要求2至3中任一项所述的组合件，其中所述第一部分和所述第二部分分别设置在所述夹层部分的不同侧。

8.如权利要求2至3中任一项所述的组合件，其中所述传感器被配置用来感测所述第二部分中的机械能。

9.如权利要求2至3中任一项所述的组合件，其中所述第二部分包括整体结构。

10.如权利要求1至3中任一项所述的组合件，其中所述第一部分包括整体结构。

11.如权利要求1至3中任一项所述的组合件，其中所述中间区域包括蜂巢状结构。

12.如权利要求1至3中任一项所述的组合件，其中所述致动器和所述传感器中的至少一者包括压电换能器。

13.如权利要求1至3中任一项所述的组合件，其中所述致动器被配置用来将机械波引入至所述第一部分中。

14.一种飞机，其包括如权利要求1至13中任一项所述的组合件。

15.一种飞机机身，其包括如权利要求1至13中任一项所述的组合件。

16.一种用于检查结构的夹层部分的方法，所述夹层部分包括由中间区域分隔的第一层和第二层，所述方法包括：

将机械能引入至所述结构的第一部分中，所述第一部分邻近所述夹层部分，所述第一部分包括通过所述夹层部分的所述第一层和所述第二层汇合而限定的层压部分；

感测从所述第一部分沿所述夹层部分的所述第一层和所述第二层中的至少一者传输的所述机械能；以及

基于所感测的机械能确定所述夹层部分的健康状况。

17.如权利要求16所述的方法，其中感测第二部分中的所述机械能，所述第二部分邻近所述夹层部分并机械地耦合至所述第一层和所述第二层中的所述至少一者。

18.如权利要求16和17中任一项所述的方法，其中所述健康状况包括所述夹层部分中外来物质的存在。

19.如权利要求16至17中任一项所述的方法，其中所述健康状况包括所述夹层部分中的水侵入。

20.如权利要求16至17中任一项所述的方法，其中引入的所述机械能包括机械波。

21.如权利要求16至17中任一项所述的方法，其中所述健康状况的所述确定包括将表示所述所感测的机械能的数据与和处于健康状态的所述夹层部分相关联的基线数据进行比较。

22.如权利要求21所述的方法，其中所述健康状况的所述确定包括识别表示所述所感测的机械能的所述数据与所述基线数据之间的波形特性的差异。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述波形特性包含振幅、频率、相移、时间延迟和波形失真中的至少一者。