CN108318532A - 结构健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种结构健康监测系统(100)，其可以包括结构健康监测装置(102)，所述结构健康监测装置(102)包含可附接到工件(104)的目标区域(110)的测量电路(116)。所述测量电路可以与具有被配置来促进离机通信的天线(130)的无线电电路(118)进行通信。所述测量电路可以被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗，并且处理电路(124)可以被配置为确定指示所述工件的结构健康变化的所述目标区域的阻抗变化。环境能量采集器电路(120)可以被配置为向所述测量电路提供电力。远程读取器(112)可以采用无线方式询问所述结构健康监测装置以获得关于所述目标区域的所述阻抗变化的信息。

Description

结构健康监测系统

技术领域

本公开涉及用于结构健康管理的系统和方法，并且更具体地涉及用于监测工件并用于提供关于工件的结构健康的信息的装置、系统和方法。

背景技术

常规地检查多种结构以确定结构的健康状况，并识别可能需要进一步检查、维护或修理的任何问题。例如，可以定期检查建筑物、桥梁等以识别可能潜在地削弱结构或以其它方式最终使结构不适合其预期用途的任何问题的发生。类似地，可以定期检查交通工具(例如，飞机、火车、船舶)，以便类似地识别有待进一步行动的任何问题。

例如，商用飞行器可能受到周期定检。在这些检查期间，通常必须使飞行器解除服役状态，以允许对飞行器进行集中目视检查。就这一点而言，至少一些飞行器检查涉及对飞行器进行大量拆卸，以便目视检查各种部件。例如，可能需要拆卸飞行器以便检查腐蚀或疲劳损伤和/或以便识别飞行器的具有有限可达性的区域中的裂纹扩展。

作为进一步的示例，为了目视检查飞行器的难以接近但易受影响的部分(诸如底板支撑结构或翼片到主体或机翼到主体连接件)，显著拆卸和相邻设备移除会有必要。目视检查飞行器的这些部分所需的时间和精力可能很大，从而潜在地要求飞行器在相当长的一段时间内停止服役。另外，某些部件的移除或拆卸可能导致难以以与飞行器原始制造期间相同程度的完整性重新密封或重新安装这些部件。此外，拆卸本身可能意外损坏结构和/或已移除的部件，以使得需要额外的维护或维修活动。

除了进行目视检查所需的时间和精力之外，依赖定检可能不利，因为，例如在飞行器没有结构问题并且确定不需要任何修理的情况下，定检会要求飞行器暂时不必要地停止服役。相反，在结构问题已发展的其它情况下，定检可能比预期晚发生。在这些示例中，在定检之间发生的时间会使结构问题扩散或以其它方式损坏周围结构。与若早识别结构问题的情况相比，这会需要更广泛的维修。

因此，希望提供用于以高效、成本有效且及时的方式监测并检查结构的改进技术。就这一点而言，希望提供用于在其启动之后以及时地方式识别结构疲劳、裂纹、腐蚀或其它结构问题，而不需要长时间使结构脱离服役的改进检查技术。另外，希望提供用于监测并检查结构的改进技术，所述改进技术减少了常规可视检查在其它方面所需的拆卸。

发明内容

根据本发明教导的结构健康监测系统和方法通过保持附接到结构的所选择的目标区、通过周期性地测量电阻抗来监测目标区的结构健康并且将该信息无线传达给远程读取器装置(诸如主飞行器的机载(onboard)网络系统)来克服上述问题。这些监测系统可以包括被配置为为电气测量和/或信息传送提供电力的环境能量采集电路。

在一些实施方案中，结构健康监测装置可以包括：测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极可附接到工件的目标区域，所述测量电路与具有被配置为促进离机(offboard)通信的天线的无线电电路进行通信；以及能量采集器电路，所述能量采集器电路被配置为向所述测量电路提供电力；其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述阻抗的变化。

在一些实施方案中，结构健康监测系统可以包括：结构健康监测装置，所述结构健康监测装置包含测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极可附接到工件的目标区域，所述测量电路与具有被配置为促进离机通信的天线的无线电电路进行通信；以及能量采集器电路，所述能量采集器电路被配置为向所述测量电路提供电力；其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述阻抗的变化；以及读取器，所述读取器被配置为采用无线方式询问所述结构健康监测装置以获得关于所述目标区域的所述阻抗的所述变化的信息。

在一些实施方案中，用于结构健康监测的方法可以包括：使用耦合到工件的结构健康监测装置来监测所述工件的结构健康，所述结构健康监测装置包含测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极附接到所述工件的目标区域，其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗，并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述所测量的阻抗的变化；使用所述结构健康监测装置的能量采集电路来采集环境能量以向所述结构健康监测装置提供电力；以及使用所述结构健康监测装置的与所述测量电路进行通信的无线电电路来将关于所述目标区域的所述所测量的阻抗的信息传送到离机读取器。

特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立实现，或者可以在其它实施方案中组合，其进一步的细节可以参考以下描述和附图见到。

附图说明

图1是根据本公开的各个方面的一种说明性结构健康监测系统的示意图。

图2是描绘根据本发明教导的用于监测工件的结构健康的一种说明性方法的步骤的流程图。

图3是描绘一种说明性飞行器制造和保养方法的步骤的流程图。

图4是一种说明性飞行器的等距视图。

图5是适合与本公开的一个或更多个方面一起使用和/或包含在本公开的一个或更多个方面中的一种说明性数据处理系统的示意图。

图6是适合与本公开的一个或更多个方面一起使用和/或包含在本公开的一个或更多个方面中的一种说明性分布式数据处理系统。

具体实施方式

远程结构健康监测系统的各个方面和示例以及相关方法在下面进行描述并在相关联附图中示出。除非另外指明，否则结构健康监测系统和/或其各种部件可以但不需要包含本文所描述、示出和/或并入的结构、部件、功能性和/或变型中的至少一种。此外，除非特别排除，否则本文结合本发明教导所描述、示出和/或并入的处理步骤、结构、部件、功能性和/或变型可以包括在其它类似的装置和方法(包括在所公开的实施方案之间可互换)中。各种实施方案的以下描述本质上仅仅是说明性的，并且决不意图限制本公开、其应用或用途。另外，由下面所描述的示例和实施方案所提供的优点在本质上是说明性的，并且不是所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。

定义

除非另外指明，否则以下定义适用于本文。

“基本上”意味着本质上符合由该术语修饰的特定维度、范围、形状、概念或其它方面，以使得特征件或部件不需要精确符合。例如，“基本上圆柱形”对象意味着对象类似于圆柱形，但可能与真实圆柱形有一个或更多个偏差。

“包含(comprising)”、“包括(including)”和“具有(having)”(以及其变体)可互换使用，意思是包括但不一定限于，并且是不旨在排除附加的、未被引用的元件或方法步骤的开放式术语。

诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语用于区分或识别一组的各个构件等，并不旨在显示序号或数字限制。

综述

通常，根据本发明教导的结构健康监测系统可以包括耦合到工件的目标区域的结构健康监测装置和被配置为采用无线方式询问结构健康监测装置以获得关于目标区域的(一个或更多个)电气特性的变化的信息的读取器。结构健康监测装置可以包括测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极附接到工件的目标区域。测量电路还与具有被配置为促进离机通信的天线的无线电电路进行通信。结构健康监测装置还可以包括能量采集器电路，所述能量采集器电路被配置为例如通过采集热、太阳能或其它环境能量来向测量电路提供电力。在一些示例中，测量电路被配置为测量工件的目标区域的电阻抗(例如电阻)。所述装置的处理电路被配置为确定指示工件的结构健康的变化的目标区域的(一个或更多个)电气特性(例如，阻抗)的变化。例如，目标区域的疲劳引起的应力或腐蚀可以由其电阻抗的变化指示。

本文所述的远程结构健康监测系统的各个方面可以具体化为计算机方法、计算机系统或计算机程序产品。因此，结构健康监测系统的各个方面可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的实施方案的形式，所述全部实施方案在本文中通常是指“电路”、“模块”或“系统”。此外，结构健康监测系统的各个方面可以采取在一种计算机可读介质(或更多种介质)中具体化的计算机程序产品的形式，该计算机可读介质具有在其上具体化的计算机可读程序代码/指令。

可以利用计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质和/或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以包括电子、磁、光学、电磁、红外和/或半导体系统、设备或装置、或这些的任何合适的组合。计算机可读存储介质的更多具体示例可以包括以下：具有一条或更多条线的电连接件、便携式计算机软盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光存储装置、磁存储装置和/或这些的任何合适的组合等。在本公开的上下文中，计算机可读存储介质可以包括可以含有或存储供指令执行系统、设备或装置使用或与所述指令执行系统、设备或装置结合使用的程序的任何合适的有形介质。

计算机可读信号介质可以包括具有在其中具体化的计算机可读程序代码的传播的数据信号，例如，在基带中或作为载波的一部分。这种传播信号可以采取多种形式中的任一种，包括但不限于电磁、光学和/或其任何合适的组合。计算机可读信号介质可以包括任何计算机可读介质，所述任何计算机可读介质不是计算机可读存储介质并且能够传送、传播或传输供指令执行系统、设备或装置使用或与所述指令执行系统、设备或装置结合使用的程序。

在计算机可读介质上具体化的程序代码可以使用任何适当的介质(包括但不限于无线、有线、光缆、RF等、和/或这些的任何合适的组合)传送。

用于对结构健康监测系统的各个方面执行操作的计算机程序代码可以以编程语言(包括面向对象的编程语言(诸如Java、Smalltalk、C++等)、以及常规程序化编程语言(诸如C))的一种或任何组合来编写。可以使用任何合适的语言(包括先前提到的那些以及Objective-C、Swift、C#、HTML5等)来开发移动应用程序。程序代码可以完全在用户的计算机上执行、部分在用户的计算机上执行、作为独立软件包执行，部分地在用户的计算机上执行并且部分地在远程计算机上执行、或者完全地在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过包括局域网(LAN)或广域网(WAN)的任何类型的网络连接到用户的计算机，并且/或者可以连接到外部计算机(例如，通过使用互联网服务提供商的互联网)。

下面参考方法、设备、系统和/或计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述结构健康监测系统的各个方面。流程图和/或框图中的多个框中的每个框和/或组合可以由计算机程序指令实现。计算机程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理设备的处理器以产生机器，以使得经由计算机或其它可编程数据处理设备的处理器执行的指令创建用于实现流程图和/或框图的一个框或更多个框中所指定的功能/动作的装置。

这些计算机程序指令还可以存储在可以引导计算机、其它可编程数据处理设备和/或其它装置以特定方式运行的计算机可读介质中，以使得存储在计算机可读介质中的指令产生包括实现流程图和/或框图的一个框或更多个框中所指定的功能/动作的指令的制品。

计算机程序指令还可以被加载到计算机、其它可编程数据处理设备和/或其它装置上，以使得在装置上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的过程，以使得在计算机或其它可编程设备上执行的指令提供用于实现流程图和/或框图的一个框或更多个框中所指定的功能/动作的过程。

附图中的任何流程图和/或框图旨在说明根据结构健康监测系统的各个方面的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能性和/或操作。就这一点而言，每个框可以表示包括用于实现所指定的(一个或更多个)逻辑功能的一个或更多个可执行指令的模块、段或代码的一部分。在一些实现方式中，框中所记录的功能可以不按照附图中所记录的顺序发生。例如，根据所涉及的功能性，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者所述框有时可以以相反的顺序执行。多个框中的每个框和/或组合可以由执行特定功能或动作的基于专用硬件的系统(或专用硬件和计算机指令的组合)实现。

示例、部件、以及替代方案

以下部分描述示例性结构健康监测系统以及相关系统、装置和/或方法的所选择的方面。这些部分中的示例旨在说明，并且不应被解释为限制本公开的整个范围。每个部分可以包括一个或更多个不同的实施方案或示例、和/或上下文或相关信息、功能和/或结构。

说明性结构健康监测系统

如图1所示，本部分描述一种说明性结构健康监测系统100。系统100是上面综述中所描述的结构健康监测系统的一个示例。

系统100包括耦合到设置在环境106中的工件104的一个或更多个结构健康监测装置102。工件104可以包括期望结构健康监测的任何合适的主结构。例如，工件104可以包括飞行器、车辆、桥梁、船舶、航天器等、或其任何部分或部件。工件104在环境106中运行、与环境106交互和/或以其它方式存在于环境106中，所述环境106可以包括自然或人工环境，并且可以包括环境特征，诸如阳光、风、大气压力、湿气、水、噪声、振动、热梯度等、或这些的任何组合。

继续参考图1，每个结构健康监测装置102可以包括被配置为确定工件104的相应目标监测区110的电气特性108并且根据需要将关于该特性的信息无线传送到远程读取器装置112的任何合适的电路和接口。图1所描述的示例中的装置102包括可以包括用于装置的印刷电路板和/或外壳或壳体的主体114、测量电路116、无线电电路118、以及被配置为向测量电路和无线电电路提供电力的能量采集电路120。

测量电路116可以包括被配置为测量目标监测区110的一个或更多个电气特性的任何合适的电路和/或模块。在该示例中，测量电路116包括通过相应的传导线或引线126A和126B耦合到处理电路124的一对电极122A和122B。电极122A和122B可以各自是指传感器或半传感器。

处理电路124可以包括被配置为从电极122A和122B接收传感器输入并且从电极确定目标监测区110的电气测量的任何合适的电路和/或模块。在一些示例中，处理电路124可以执行信号调节。在一些示例中，处理电路124可以包括微处理器。在一些示例中，处理电路124可以被配置为执行所选择的方法或算法(例如，下面所描述的方法200)中的一个或更多个步骤。处理电路124与存储器存储装置(memory store)128进行通信并且可以包括存储器存储装置128。存储器存储装置128可以包括用于执行处理电路的功能(例如，可由微处理器执行)的指令。在一些示例中，对应于目标监测区110的电气特性的测量的数据可以存储在存储器存储装置128中，例如用于稍后检索、用于趋势分析、用于装置外的传送、用于与期望值或范围进行比较等。

无线电电路118与处理电路124进行通信，例如用于接收测量数据，并且可以包括被配置为经由天线130无线传送和接收调制的电磁信号的任何电路和/或模块。无线电电路118被配置为与远程读取器装置112进行通信。例如，无线电电路118和读取器112两者都可以在标准协议(诸如基于IPv6的低功率无线个域网(即6LoWPAN))下运行。在一些示例中，无线电电路118可以包括ZigBee装置。在一些示例中，无线电电路118可以包括蓝牙LE(即蓝牙智能)装置。在一些示例中，无线电电路118可以被配置为射频识别(RFID)系统，以使得读取器112包括RFID读取器。

能量采集电路120被配置为向测量电路116和/或无线电电路118提供电力。能量采集电路120可以包括被配置为从环境106和/或工件104的能量源132收集环境能量并且将该能量转换成供使用或存储的电力的任何合适的电路和/或模块。在该示例中，能量采集电路120包括耦合到能量采集集成电路(IC)136的发电机装置134和能量储存装置138。发电机装置134可以包括被配置为从源132收集环境能量(例如，热梯度能量、振动、光、声音等)并将其转换成电力的任何合适的装置，诸如热电发电机(TEG)或压电或光伏(PV)电池。在一些示例中，诸如当无线电电路118以RFID系统的方式配置时，天线130可以补充或用作发电机装置134。

能量采集IC 136可以包括被配置为有效地获取并管理由发电机装置134产生的少量功率(在μW到mW范围内)的任何合适的装置。例如，购自德克萨斯仪器股份有限公司(Texas Instruments)、目前以商品名BQ25504、BQ25505和BQ25570出售的能量采集IC(也是指超低功率升压转换器)可以适用于电路120中。

由电路120收集的能量直接提供给装置102的其它电路和/或储存在能量储存装置138中。能量储存装置138可以包括可再充电锂离子(Li-ion)电池、超级电容器、铅酸电池、镍镉电池(NiCad)等、或这些的任何组合。在一些示例中，交流(AC)功率可以例如由电路120经由功率逆变器提供给测量电路。这可以促进与AC功率有关的电气测量，诸如频率响应或电感。

一个或更多个结构健康监测装置102可以是指检测器或检测器装置。读取器装置112是与检测器102分离的装置，并且可以包括被配置为为了询问和/或传送来自检测器102的关于目标监测区110的测量信息的目的而与检测器102进行通信的任何合适的无线通信装置。在一些示例中，读取器装置112是便携式读取器，诸如为了询问位于工件104上的各个区域中的一个或更多个检测器102的目的而由技术人员携带的手持式电子装置。在一些示例中，工件104包含飞行器的一部分，并且读取器装置112包括飞行器的机载网络系统(ONS)142的无线接入点(WAP)140。在任一情况下，读取器装置112可以被放置成与数据处理器144进行通信，用于进一步聚集、分析和报告来自一个或更多个工件104上的一个或更多个检测器装置102的测量数据。

说明性结构健康监测方法

本部分描述用于监测工件的结构健康的一种说明性方法的步骤。可以在下面所描述的方法步骤中利用上面所描述的结构健康监测系统和装置的各个方面。在适当的情况下，可以参考可以在执行每个步骤的过程中使用的部件和系统。这些参考仅用于说明，并不旨在限制执行所述方法的任何特定步骤的可能的方式。

通常，用于结构健康监测的说明性方法的步骤可以包括使用耦合到工件的结构健康监测装置(例如，装置102)来监测工件(例如，工件104)的结构健康，所述结构健康监测装置包含测量电路(例如，测量电路116)，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极(例如，电极122A、122B)的处理电路(例如，处理电路124)，所述一对电极(例如，电极122A、122B)附接到工件的目标区域(例如，目标监测区110)。测量电路被配置为测量工件的目标区域的阻抗。处理电路被配置为确定指示工件的结构健康的变化的目标区域的所测量的阻抗的变化。所述方法可以进一步包括使用结构健康监测装置的能量采集电路(例如，能量采集电路120)来采集环境能量(例如，能量源132)，以向结构健康监测装置提供电力。可以使用结构健康监测装置的与测量电路进行通信的无线电电路(例如，无线电电路118)将关于目标区域的所测量的阻抗的信息传送到离机读取器(例如，读取器装置112)。

在一些示例中，工件的目标区域的所测量的阻抗可以与期望的阻抗范围进行比较。响应于所测量的阻抗在期望的阻抗范围之外，警报信号可以(例如，由无线电电路118)发送到离机读取器。

在一些示例中，所测量的阻抗可以存储在测量电路的存储器存储装置(例如，存储器存储装置128)中。在一些示例中，采集环境能量包括使用耦合到能量采集器集成电路(IC)的热电发电机(TEG)和/或光伏(PV)电池来采集热能。

在一些示例中，工件包含飞行器的一部分，而离机读取器包含飞行器的机载网络系统(ONS)。

转到图2，描绘了示出用于监测工件的结构健康的另一个说明性方法中所执行的步骤的流程图。图2的流程图可能不列举所述方法的完整过程或所有步骤。图2描绘通常在200处所指示的方法的多个步骤，所述多个步骤可以结合结构健康监测系统100和装置102以及上面所描述的一般方法的一个或更多个步骤来执行。虽然方法200的各个步骤在下面有所描述并在图2中描绘出，但是所述步骤不一定全部被执行，并且在一些情况下可以以与所示顺序不同的顺序执行。

在步骤202处，可以识别工件上的关注区域。例如，飞行器的某些区域或区通常更容易受到腐蚀或疲劳故障。这些关注区域对应于关于图1所描述的目标监测区。识别关注区域可以基于先前的经验、对于工件的类型(例如，飞行器模型)的较高风险的已知区域、工件的使用年限等、或这些的组合来完成。

在步骤204处，将结构健康监测装置(例如，装置102)放置在关注区域。例如，装置可以耦合到工件，其中其电极或传感器附接到目标监测区。装置可以诸如通过螺栓连接或附着可移除地或以其它方式安装到工件。在一些示例中，这可能涉及将一个电极放置在正被监测的区域的任一侧，以使得在关注区域两侧测量电气特性。通常，装置以装置在工件的操作使用期间保持牢固地附接的方式持久地耦合到工件。换句话说，在该示例中，装置旨在是长期或半永久性监测装置，而不是用于一次性或临时测量的便携式装置。

在步骤206处，来自环境和/或工件的环境能量可以被采集并转换成供装置使用的电力。作为长期监测装置，通常放置在难以接近的位置中，为结构健康监测装置提供电力可能面临使用常规方法(诸如直流功率或可替换电池)的挑战。因此，可以从环境中采集能量，诸如来自振动的压电能量、来自光或阳光的光伏能源、来自温度波动和/或梯度的热能、来自局部空气运动和/或水运动的射流能量等、或这些的任何组合。机载功率储存装置(诸如锂离子电池)可以用来储存所采集的能量。

在步骤208处，关注区域的一个或更多个电气特性由监测装置捕获(即，测量)。例如，电阻或阻抗可以在装置的两个电极之间测量，例如使用本领域的技术人员所熟悉的欧姆表技术。

在步骤210处，在步骤208中所测量的(一个或更多个)特性存储在监测装置上。例如，关于所测量的特性的信息可以存储在机载存储器存储装置(例如，永久存储装置)中。

在步骤212处，将所测量的(一个或更多个)特性与期望值或值的范围进行比较。该期望值或范围可以通过任何合适的方法(诸如通过根据跨类似工件的历史数据、工件的使用年限或循环计数、工件的位置等来得出范围)来确定。

在步骤214处，如果所测量的特性在期望范围之外，则播放警报信号，从而指示监测装置应被进一步询问和调查。在一些示例中，当一系列测量(例如，连续三个)指示趋向于超出规格的状态时，可以发送警报信号。

在步骤216处，响应于步骤214的警报信号，在所选择的周期性基础上，根据需要，或根据用户需求，所存储的关于所测量的关注区域的电气特性的信息被无线传送到询问读取器装置。如上所述，读取器装置可以包括便携式读取器，或者可以与工件(诸如飞行器的机载网络系统(ONS)的无线接入点)集成。

在步骤218处，与电气测量相关的信息由数据处理系统(例如，计算机或计算机网络)整理和编译。

在步骤220处，可以针对趋势分析跨时间、跨工件类型或模型等的测量，并且所述测量可以与相关数据(例如，温度、已知事件)关联。该分析可以进一步用在一个或更多个预测模型中。在一些示例中，可以根据与多个工件(例如，一队飞行器)相关联的结构健康监测装置分析腐蚀和/或疲劳相关的测量。例如，可以针对与飞行器模型、类型、使用年限和/或热循环相关的共性和趋势执行分析。在一些示例中，分析可以涉及多个工件(例如，用于飞行器的机翼到主体连接区域)共同的所选择的目标监测区或关注区域。

说明性飞行器和相关联方法

可以在如图3所示的说明性飞行器制造和保养方法300以及如图4所示的说明性飞行器302的背景下描述本公开的示例。例如，飞行器302可以包括如上所述的工件。一个或更多个结构健康监测装置可以例如在系统集成期间安装在飞行器的目标监测区中。在一些示例中，可以使用飞行器的机载网络系统来执行与监测装置的通信。

在预生产期间，方法300可以包括飞行器302的规格和设计(框304)和材料采购(框306)。在生产期间，可以进行飞行器302的部件和子组件制造(框308)和系统集成(框310)。此后，飞行器302可以通过认证和递送(框312)以置于服役中(框314)。当在服役中时，飞行器302可以被安排用于例行维护和保养(框316)。例行维护和保养可以包括飞行器302的一个或更多个系统的修改、重新配置、翻新等。

方法300的过程中的每一个可以由系统集成商、第三方和/或操作者(例如，客户)执行或进行。为了本说明的目的，系统集成商可以包括但不限于任何数量的飞行器制造商和主要系统分包商；第三方可以包括但不限于任何数量的供应商、分包商和供应者；操作者可以是航空公司、租赁公司、军事实体、服务机构等。

如图4所示，由说明性方法300生产的飞行器302可以包括具有多个高级系统320和内部322的机身318。高级系统320的示例包括推进系统324、电气系统326、液压系统328和环境系统330中的一个或更多个。可以包括任何数量的其它系统。虽然示出了航空航天的示例，但是本文所公开的原理可以应用于其它行业，诸如汽车工业。因此，除了飞行器302之外，本文所公开的原理也可以应用于其它交通工具，例如陆地交通工具、海上交通工具、太空交通工具等。

可以在制造和保养方法300的阶段中的任何一个或更多个期间采用本文所示出或描述的设备和方法。例如，对应于部件和子组件制造(框308)的部件或子组件可以以类似于飞行器302正在服役中(框314)时生产的部件或子组件的方式制成或制造。而且，可以例如通过大体上加快飞行器302的组装或降低飞行器302的成本来在生产阶段308和310期间利用例如设备、方法或其组合中的一个或更多个示例。类似地，(例如但不限于)当飞行器302正在服役中(框314)和/或在维护和保养期间(框316)时，可以利用设备或方法实现方式的一个或更多个示例或其组合。

说明性数据处理系统

如图5所示，该示例描述根据本公开的各个方面的一种数据处理系统400(也是指计算机)。在该示例中，数据处理系统400是适于实现根据本公开的各个方面的结构健康监测系统的各个方面的一种说明性数据处理系统。更具体地，在一些示例中，作为数据处理系统的实施方案的装置(例如，服务器、计算机)可以用来整理并分析与由系统100进行的电气测量相关的信息。在一些示例中，数据处理系统400的各个方面可以用在结构健康监测装置102的处理电路(例如，电路124)中。

在该说明性示例中，数据处理系统400包括通信框架402。通信框架402在处理器单元404、存储器406、永久存储装置408、通信单元410、输入/输出(I/O)单元412与显示器414之间提供通信。存储器406、永久存储装置408、通信单元410、输入/输出(I/O)单元412和显示器414是由处理器单元404经由通信框架402可访问的资源的示例。

处理器单元404用于运行可以加载到存储器406中的指令。根据具体实现方式，处理器单元404可以是多个处理器、多处理器核或一些其它类型的处理器。另外，处理器单元404可以使用若干异构处理器系统来实现，其中主处理器和次级处理器存在于单个芯片上。作为另一个说明性示例，处理器单元404可以是包含相同类型的多个处理器的对称多处理器系统。

存储器406和永久存储装置408是存储装置416的示例。存储装置是能够以临时性方式或以永久性方式存储信息(诸如，例如但不限于数据、函数形式的程序代码以及其它合适的信息)的任何硬件。

在这些示例中，存储装置416还可以是指计算机可读存储装置。在这些示例中，存储器406可以是例如随机存取存储器或任何其它合适的易失性或非易失性存储装置。永久存储装置408可以根据特定实现方式采取各种形式。

例如，永久存储装置408可以包含一个或更多个部件或装置。例如，永久存储装置408可以是硬盘驱动器、闪存存储器、可重写光盘、可重写磁带或上述的某种组合。由永久存储装置408所使用的介质也可以是可移动的。例如，可移动硬盘驱动器可以用于永久存储装置408。

在这些示例中，通信单元410提供与其它数据处理系统或装置的通信。在这些示例中，通信单元410是网络接口卡。通信单元410可以通过使用物理和无线通信链路中的任一者或两者来提供通信。

输入/输出(I/O)单元412允许与可以连接到数据处理系统400的其它装置的数据的输入和输出。例如，输入/输出(I/O)单元412可以通过键盘、鼠标和/或某个其它合适的输入装置来提供用于用户输入的连接。此外，输入/输出(I/O)单元412可以将输出发送到打印机。显示器414提供用于向用户显示信息的机构。

用于操作系统、应用程序和/或程序的指令可以位于通过通信框架402与处理器单元404进行通信的存储装置416中。在这些说明性示例中，指令是以函数形式存在于永久存储装置408上。这些指令可以被加载到存储器406中，以便由处理器单元404执行。可以由处理器单元404使用计算机实现的指令来执行不同实施方案的处理，这些指令可以位于存储器(诸如存储器406)中。

这些指令是指可以由处理器单元404中的处理器读取并执行的程序指令、程序代码、计算机可用程序代码或计算机可读程序代码。不同实施方案中的程序代码可以在不同的物理或计算机可读存储介质(诸如存储器406或永久存储装置408)上具体化。

程序代码418以函数形式位于选择性可移除的计算机可读介质420上，并且可以被加载或转移到数据处理系统400，以便由处理器单元404执行。在这些示例中，程序代码418和计算机可读介质420形成计算机程序产品422。在一个示例中，计算机可读介质420可以是计算机可读存储介质424或计算机可读信号介质426。

计算机可读存储介质424可以包括例如光盘或磁盘，所述光盘或磁盘被插入或放置到作为永久存储装置408的一部分的驱动器或其它装置中，以便转移到作为永久存储装置408的一部分的存储装置(例如硬盘驱动器)上。计算机可读存储介质424还可以采取连接到数据处理系统400的永久存储装置(诸如硬盘驱动器、拇指驱动器或闪存存储器)的形式。在一些情况下，计算机可读存储介质424可能不是从数据处理系统400可移除的。

在这些示例中，计算机可读存储介质424是用来存储程序代码418的物理或有形存储装置，而不是传播或传送程序代码418的介质。计算机可读存储介质424也是指计算机可读有形存储装置或计算机可读物理存储装置。换句话说，计算机可读存储介质424是可以被人触摸的介质。

可替代地，程序代码418可以使用计算机可读信号介质426转移到数据处理系统400。计算机可读信号介质426可以是例如包含程序代码418的传播的数据信号。例如，计算机可读信号介质426可以是电磁信号、光信号和/或任何其它合适类型的信号。这些信号可以通过通信链路(诸如无线通信链路、光纤电缆、同轴电缆、电线和/或任何其它合适类型的通信链路)传送。换句话说，在说明性示例中，通信链路和/或连接可以是物理的或无线的。

在一些说明性实施方案中，程序代码418可以通过网络从另一个装置或数据处理系统通过计算机可读信号介质426下载到永久存储装置408，以便在数据处理系统400内使用。例如，存储在服务器数据处理系统中的计算机可读存储介质中的程序代码可以通过网络从服务器下载到数据处理系统400。提供程序代码418的数据处理系统可以是服务器计算机、客户计算机或能够存储并传送程序代码418的一些其它装置。

针对数据处理系统400所示的不同部件并不意味着对不同实施方案可以实现的方式提供架构限制。可以在数据处理系统中实现不同的说明性实施方案，所述数据处理系统包括除了针对数据处理系统400所示的部件之外的部件和/或取代所示的部件的部件。图5所示的其它部件可以根据所示的说明性示例而变化。可以使用能够运行程序代码的任何硬件装置或系统来实现不同的实施方案。作为一个示例，数据处理系统400可以包括与无机部件集成的有机部件和/或可以完全由不包括人类的有机部件组成。例如，存储装置可以由有机半导体组成。

在另一个说明性示例中，处理器单元404可以采取硬件单元的形式，所述硬件单元具有针对特定用途而制造或配置的电路。这种类型的硬件可以执行操作而不需要将程序代码从存储装置加载到存储器以被配置为执行操作。

例如，当处理器单元404采取硬件单元的形式时，处理器单元404可以是电路系统、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件或被配置为执行若干操作的一些其它合适类型的硬件。通过可编程逻辑器件，装置被配置为执行若干操作。装置可以在以后被重配置，或者可以被永久地配置为执行若干操作。可编程逻辑器件的示例包括，例如可编程逻辑阵列、现场可编程逻辑阵列、现场可编程门阵列和其它合适的硬件装置。通过这种类型的实现方式，可以省略程序代码418，因为不同实施方案的处理在硬件单元中实现。

在另一个说明性示例中，处理器单元404可以使用在计算机中建立的处理器和硬件单元的组合来实现。处理器单元404可以具有若干硬件单元和被配置为运行程序代码418的若干处理器。通过这个描述的示例，处理中的一些可以在若干硬件单元中实现，而其它处理可以在若干处理器中实现。

在另一个示例中，总线系统可以用来实现通信框架402，并且可以由一条或更多条总线(诸如系统总线或输入/输出总线)组成。当然，可以使用任何合适类型的架构实现总线系统，所述任何合适类型的架构提供附接到总线系统的不同部件或装置之间的数据转移。

另外，通信单元410可以包括传送数据、接收数据或传送并接收数据的若干装置。通信单元410可以是例如调制解调器或网络适配器、两个网络适配器或其某种组合。另外，存储器可以是例如存储器406，或缓存，诸如在可能存在于通信框架402中的接口和存储器控制器集线器中发现的。

本文所描述的流程图和框图说明根据各种说明性实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现方式的架构、功能性和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以表示包括用于实现所指定的一个逻辑功能或更多个逻辑功能的一个或更多个可执行指令的模块、段或代码的一部分。还应当指出的是，在一些替代实现方式中，框中所记录的功能可以不按照附图中所记录的顺序发生。例如，根据所涉及的功能性，连续示出的两个框的功能可以基本上同时执行，或者所述框的功能有时可以以相反的顺序执行。

说明性分布式数据处理系统

如图6所示，该示例描述了可互换地称为网络、计算机网络、网络系统、分布式数据处理系统或分布式网络的通用网络数据处理系统500，所述通用网络数据处理系统500的各个方面可以包括在结构健康监测系统和方法的一个或更多个说明性实施方案中。例如，结构健康监测装置可以通过计算机网络与一个读取器或更多个读取器进行通信。监测装置可以是网络的节点或客户端。计算机网络的各个方面还可以用来分析或整理来自一个或更多个监测装置的测量数据。在一些示例中，主飞行器上的读取器计算机可以经由网络与其它计算机进行通信。

应当理解，图6被提供为一个实现方式的图示，并不旨在暗示关于在其中可以实现不同实施方案的环境的任何限制。可以对所描绘的环境进行许多修改。

网络数据处理系统500是计算机和其它部件的网络，所述计算机中的每一个是数据处理系统400的示例。网络数据处理系统500可以包括网络502，所述网络502是被配置为在网络数据处理系统500内连接在一起的各种装置和计算机之间提供通信链路的介质。网络502可以包括连接，诸如有线或无线通信链路、光纤电缆和/或用于在网络装置之间传送和/或传达数据的任何其它合适的介质或其任何组合。

在所描绘的示例中，第一网络装置504和第二网络装置506连接到网络502，电子存储装置508也一样。网络装置504和506各自是上述数据处理系统400的示例。在所描绘的示例中，装置504和506被示为服务器计算机。然而，网络装置可以包括但不限于一个或更多个个人计算机、移动计算装置(诸如个人数字助理(PDA)、平板电脑和智能电话)、手持游戏装置、可穿戴装置、平板计算机、路由器、交换机、语音网关、服务器、电子存储装置、成像装置和/或可以执行机械或其它功能的其它网络启用工具。这些网络装置可以通过有线、无线、光学和其它适当的通信链路互连。

此外，客户端电子装置(诸如客户端计算机510、客户端膝上型计算机或平板电脑512和/或客户端智能装置514)可以连接到网络502。这些装置中的每一个是上面关于图5所描述的数据处理系统400的示例。在一些示例中，在一个或更多个飞行器516上的通信启用数据处理系统可以连接到网络502。客户端电子装置510、512、514和516可以包括例如一个或更多个个人计算机、网络计算机和/或移动计算装置，诸如个人数字助理(PDA)、智能电话、手持游戏装置、可穿戴装置和/或平板计算机等。在所描绘的示例中，服务器504向客户端电子装置510、512、514和516中的一个或更多个提供信息，诸如启用文件、操作系统映像和应用程序。客户端电子装置510、512、514和516可以相对于服务器(诸如服务器计算机504)是指“客户端”。网络数据处理系统500可以包括更多或更少服务器和客户端或者没有服务器或客户端，以及未示出的其它装置。

客户端智能装置514可以包括能够无线通信和执行软件的任何合适的便携式电子装置，诸如智能电话或平板电脑。一般来说，术语“智能电话”可以描述具有比典型的移动电话更高的计算能力和网络连接性的任何合适的便携式电子装置。除了(例如通过蜂窝网络)进行电话呼叫之外，智能电话还可以能够发送并接收电子邮件、文本以及多媒体消息、访问互联网和/或充当网络浏览器。智能装置(例如，智能电话)还可以包括其它已知电子装置的特征件，诸如媒体播放器、个人数字助理、数字相机、摄像机和/或全球定位系统。智能装置(例如，智能电话)可以能够诸如通过近场通信(NFC)、蓝牙(BLUETOOTH)、WiFi或移动宽带网络与其它智能装置、计算机或电子装置无线连接。可以在智能装置、智能电话、计算机与其它装置之间建立无线连接性，以形成可以交换信息的移动网络。

位于系统500中的程序代码可以存储在计算机可记录存储介质(诸如上述永久存储装置408)中或在其上，并且可以被下载到数据处理系统或其它装置以供使用。例如，程序代码可以存储在服务器计算机504上的计算机可记录存储介质上，并通过网络502下载到客户端510供使用，以在客户端510上使用。

网络数据处理系统500可以被实现为若干不同类型的网络中的一个或更多个。例如，系统500可以包括内联网、局域网(LAN)、广域网(WAN)或个人区域网络(PAN)。在一些示例中，网络数据处理系统500包括具有网络502和网关的因特网，所述网络502表示全世界网络的集合，所述网关使用协议的传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)族相互通信。在互联网的中心是主节点或主机之间的高速数据通信线路的主干网。可以利用数千个商业、政府、教育和其它计算机系统来路由数据和消息。在一些示例中，网络500可以是指“云”。在这些示例中，每个服务器504可以是指云计算节点，并且客户端电子装置可以是指云消费者等。图6旨在作为示例，而不作为对任何说明性实施方案的架构限制。

另外，本公开包括根据以下实施例的实施方案：

实施例1：一种结构健康监测装置，其包含：测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极可附接到工件的目标区域，所述测量电路与具有被配置为促进离机通信的天线的无线电电路进行通信；以及能量采集器电路，所述能量采集器电路被配置为向所述测量电路提供电力；其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述阻抗的变化。

实施例2：根据实施例1所述的装置，其中所述能量采集器电路包含耦合到热电发电机的能量采集集成电路。

实施例3：根据实施例1所述的装置，其中所述能量采集器电路包含能量储存装置。

实施例4：根据实施例3所述的装置，其中所述能量储存装置包含可再充电锂离子电池。

实施例5：根据实施例1所述的装置，其中所述测量电路以通信方式耦合到机载存储器存储装置。

实施例6：根据实施例1所述的装置，其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的至少两个不同的电气特性。

实施例7：一种结构健康监测系统，其包含：结构健康监测装置，所述结构健康监测装置包含测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极可附接到工件的目标区域，所述测量电路与具有被配置为促进离机通信的天线的无线电电路进行通信；以及能量采集器电路，所述能量采集器电路被配置为向所述测量电路提供电力；其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述阻抗的变化；以及读取器，所述读取器被配置为采用无线方式询问所述结构健康监测装置以获得关于所述目标区域的所述阻抗的所述变化的信息。

实施例8：根据实施例7所述的装置，其中所述能量采集器电路包含耦合到热电发电机的能量采集集成电路。

实施例9：根据实施例7所述的装置，其中所述能量采集器电路包含能量储存装置。

实施例10：根据实施例7所述的装置，其中所述工件包含飞行器的一部分，且所述读取器包含所述飞行器的机载网络系统。

实施例11：根据实施例7所述的装置，其中所述读取器包含被配置为与所述结构健康监测装置的所述天线和所述无线电电路进行通信的便携式射频识别(RFID)读取器。

实施例12：根据实施例7所述的装置，其中所述测量电路以通信方式耦合到机载存储器存储装置。

实施例13：一种用于结构健康监测的方法，所述方法包含：使用耦合到工件的结构健康监测装置来监测所述工件的结构健康，所述结构健康监测装置包含测量电路，所述测量电路包括以通信方式耦合到一对电极的处理电路，所述一对电极附接到所述工件的目标区域，其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗，并且其中所述处理电路被配置为确定指示所述工件的结构健康的变化的所述目标区域的所述所测量的阻抗的变化；使用所述结构健康监测装置的能量采集电路来采集环境能量以向所述结构健康监测装置提供电力；以及使用所述结构健康监测装置的与所述测量电路进行通信的无线电电路来将关于所述目标区域的所述所测量的阻抗的信息传送到离机读取器。

实施例14：根据实施例13所述的方法，还包含将所述工件的所述目标区域的所述所测量的阻抗与期望的阻抗范围进行比较。

实施例15：根据实施例14所述的方法，还包含，响应于所述所测量的阻抗在所述期望的阻抗范围之外，将警报信号发送到所述离机读取器。

实施例16：根据实施例13所述的方法，还包含将所述所测量的阻抗存储在所述测量电路的存储器存储装置中。

实施例17：根据实施例13所述的方法，其中采集环境能量包含使用耦合到能量采集器集成电路(IC)的热电发电机(TEG)来采集热能。

实施例18：根据实施例13所述的方法，其中采集环境能量包含使用耦合到能量采集器IC的光伏电池来采集太阳能。

实施例19：根据实施例13所述的方法，其中所述工件包含飞行器的一部分，并且所述离机读取器包含所述飞行器的机载网络系统(ONS)。

实施例20：根据实施例13所述的方法，其中所述能量采集电路包含电力储存装置。

Claims (10)

1.一种结构健康监测装置(102)，其包含：

测量电路(116)，所述测量电路(116)包括处理电路(124)，所述处理电路(124)以通信方式耦合到一对电极(122A、122B)，所述一对电极(122A、122B)可附接到工件(104)的目标区域(110)，所述测量电路与无线电电路(118)进行通信，所述无线电电路(118)具有被配置为促进离机通信的天线(130)；以及

能量采集器电路(120)，所述能量采集器电路(120)被配置为向所述测量电路提供电力；

其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且

其中所述处理电路被配置为确定所述目标区域的所述阻抗的变化，所述目标区域的所述阻抗的变化指示所述工件的结构健康的变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量采集器电路包含能量采集集成电路(136)，所述能量采集集成电路(136)耦合到热电发电机(134)。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量采集器电路包含能量储存装置(138)。

4.根据权利要求1所述的装置，其中所述测量电路以通信方式耦合到机载存储器存储装置(128)。

5.一种结构健康监测系统(100)，其包含：

结构健康监测装置(102)，所述结构健康监测装置(102)包含测量电路(116)，所述测量电路(116)包括以通信方式耦合到一对电极(122A、122B)的处理电路(124)，所述一对电极(122A、122B)可附接到工件(104)的目标区域(110)，所述测量电路与无线电电路(118)进行通信，所述无线电电路(118)具有被配置为促进离机通信的天线(130)；以及

能量采集器电路(120)，所述能量采集器电路(120)被配置为向所述测量电路提供电力；

其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗；并且

其中所述处理电路被配置为确定所述目标区域的所述阻抗的变化，所述目标区域的所述阻抗的变化指示所述工件的结构健康的变化；以及

读取器(112)，所述读取器(112)被配置为采用无线方式询问所述结构健康监测装置以获得关于所述目标区域的所述阻抗的所述变化的信息。

6.根据权利要求5所述的装置，其中所述读取器包括便携式射频识别读取器即便携式RFID读取器，所述便携式RFID读取器被配置为与所述结构健康监测装置的所述天线和所述无线电电路进行通信。

7.一种用于结构健康监测的方法，所述方法包含：

使用耦合到工件(104)的结构健康监测装置(102)来监测所述工件(104)的结构健康，所述结构健康监测装置包含测量电路(116)，所述测量电路(116)包括以通信方式耦合到一对电极(122A、122B)的处理电路(124)，所述一对电极(122A、122B)附接到所述工件的目标区域(110)，其中所述测量电路被配置为测量所述工件的所述目标区域的阻抗，并且其中所述处理电路被配置为确定所述目标区域的所测量的阻抗的变化，所述目标区域的所述所测量的阻抗的变化指示所述工件的结构健康的变化；

使用所述结构健康监测装置的能量采集电路(120)来采集环境能量以向所述结构健康监测装置提供电力；以及

使用所述结构健康监测装置的与所述测量电路进行通信的无线电电路(118)将关于所述目标区域的所述所测量的阻抗的信息传送到离机读取器(112)。

8.根据权利要求7所述的方法，还包含将所述工件的所述目标区域的所述所测量的阻抗与期望的阻抗范围进行比较。

9.根据权利要求7所述的方法，还包含将所述所测量的阻抗存储在所述测量电路的存储器存储装置(128)中。

10.根据权利要求7所述的方法，其中采集环境能量包含使用耦合到能量采集器集成电路的光伏电池来采集太阳能。