CN111693604A - 臂架监测方法、系统及包含该臂架监测系统的工程机械 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工程机械领域，公开了一种臂架监测方法、系统及包含该臂架监测系统的工程机械。所述臂架监测方法包括：获取由布设于所述臂架上所述臂架的不同监测点的压电传感器形成的压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号，其中所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号；以及根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。本发明利用压电传感网络进行臂架检测，其对损伤极为敏感，可以实现对损伤的精确定位。

Description

臂架监测方法、系统及包含该臂架监测系统的工程机械
技术领域
本发明涉及工程机械领域，具体地，涉及一种臂架监测方法、系统及包含该臂架监测系统的工程机械。
背景技术
臂架是工程机械关键承载结构，其安全可靠对大型装备的安全运行起着至关重要的作用。在臂架设计过程中，金属结构设计寿命是根据规范里载荷谱系数和工作级别确定的，而这两者应通过实际载荷组合确定。但实际载荷组合很难预知，设计时往往凭经验选取，实际使用工况与预期使用工况的差异性导致使用寿命通常会偏离设计寿命，从而在实际使用过程中出现大量的安全事故。此外，工程机械设备使用环境复杂恶劣，臂架在使用过程中可能发生碰撞，造成臂架结构损伤，进一步加剧工程机械设备在使用中的安全隐患。为此，开展臂架的实时健康监测，把控其使用过程中结构的损伤情况，确定其是否处于安全使用裕度范围内变得尤为重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种臂架监测方法，用于解决臂架的实时健康监测的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种臂架监测方法，包括：获取由布设于所述臂架上所述臂架的不同监测点的压电传感器形成的压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号，其中所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号；以及根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
优选地，所述触发传感器与所述接收传感器之间能够相互转换。
优选地，所述根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况包括：计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值；以及在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
优选地，所述根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置包括：针对每一压电传感网络的每一监测路径，根据所述第一损伤变化特征值计算每一接收传感器相对于确定的触发传感器的多个损伤值；结合所述监测路径参数，确定所述多个损伤值中的最大值对应的监测点为初始损伤位置；更换所述触发传感器以重复获取多个初始损伤位置，直至所有压电传感器均已经作为过所述触发传感器；以及基于所述多个初始损伤位置确定最终损伤位置。
优选地，所述臂架监测方法还包括：根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式，其中所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置。
优选地，针对所述臂架的指定结构，确定所述压电传感网络的布设方式包括：确定所述压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。
优选地，所述确定所述压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构包括：在所述指定结构包括上盖板、下盖板以及形成在所述上盖板和所述下盖板之间的两个腹板时，在所述上盖板和所述下盖板上各布置至少两个压电传感器，在每一所述腹板上各自布置至少一个压电传感器；以及确定所述上盖板和所述下盖板上各自的一个压电传感器作为触发传感器，并确定位于所述上盖板、所述下盖板或所述腹板上的剩余压电传感器作为接收传感器。
本发明还提供一种臂架监测系统，该臂架监测系统包括：压电传感网络，包括多个布设于所述臂架的不同监测点的压电传感器，且每一压电传感器用于采集对应监测点的臂架损伤信号，其中所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号；以及监测机构，被配置为用于根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
优选地，所述触发传感器与所述接收传感器之间能够相互转换。
优选地，所述监测机构被配置为用于根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况包括：计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值；以及在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
优选地，所述根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置包括：针对每一压电传感网络的每一监测路径，根据所述第一损伤变化特征值计算每一接收传感器相对于确定的触发传感器的多个损伤值；结合所述监测路径参数，确定所述多个损伤值中的最大值对应的监测点为初始损伤位置；更换所述触发传感器以重复获取多个初始损伤位置，直至所有压电传感器均已经作为过所述触发传感器；以及基于所述多个初始损伤位置确定最终损伤位置。
优选地，所述监测机构还被配置为用于：根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式，其中所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置。
优选地，针对所述臂架的指定结构布设所述压电传感网络，并使得该压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。
优选地，在所述指定结构包括上盖板、下盖板以及形成在所述上盖板和所述下盖板之间的两个腹板时，所述压电传感网络包括以下压电传感器以形成所述箱型监测结构：在所述上盖板和所述下盖板上各布置的至少两个压电传感器；以及在每一所述腹板上各自布置的至少一个压电传感器；其中，所述上盖板和所述下盖板上各自的一个压电传感器作为触发传感器，且位于所述上盖板、所述下盖板或所述腹板上的剩余压电传感器作为接收传感器。
优选地，所述压电传感网络内置于粘附于所述臂架的外表面的预设材料中，以与所述臂架形成为一体。
本发明实施例还提供一种工程机械，该工程机械包含上述任意的臂架监测系统。
本发明实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行上述任意的臂架监测方法。
通过上述技术方案，本发明实施例利用压电传感网络进行臂架检测，其对损伤极为敏感，对臂架结构表面进行轻微按压就可以监测到结构的变化，从而可以对损伤进行精确定位。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明实施例一提供的臂架监测系统的结构示意图；
图2(a)和图2(b)分别是箱型监测结构的压电传感网络的正面布设图和背面布设图；
图3为图2(a)和图2(b)的箱型监测结构所形成的1-2-4-6-5监测网络；
图4是本发明实施例二提供的臂架监测方法的流程示意图；
图5是本发明实施例三提供的臂架监测系统的结构示意图；
图6(a)和图6(b)分别是对应图2(a)和图2(b)的箱型监测结构的光纤传感网络的正面布设图和背面布设图；
图7是本发明实施例三中的串联式光纤传感网络的示意图；
图8是本发明实施例四提供的臂架监测方法的流程示意图；
图9是本发明实施例五提供的臂架监测系统的结构示意图；
图10(a)和图10(b)是本发明实施例五中压电传感网络和光纤传感网络联合布设的示意图；以及
图11是本发明实施例六提供的臂架监测方法的流程示意图。
附图标记说明
100、压电传感网络；200、监测机构；300、光纤传感网络。
101、上盖板；102、下盖板；103、第一腹板；104、第二腹板；105、接口出线端。
1-7、压电传感器；A1-A6、光纤传感器；B1-B6、光纤传感器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
图1是本发明实施例一提供的臂架监测系统的结构示意图。如图1所示，该臂架监测系统包括：压电传感网络100，包括多个布设于所述臂架的不同位置的压电传感器，且每一压电传感器用于采集对应臂架位置的臂架损伤信号；监测机构200，被配置为根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
其中，所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励(也可称为激振)信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号。即，在臂架结构上的触发传感器发出激励信号，臂架会发出相应的机械波响应信号，当结构出现冲击、螺栓松动，产生微裂纹，裂纹扩展后，臂架机械波响应信号的大小和路径均会发生变化，从而导致损伤信号的变化。
对于机械波响应信号可反应损伤信号的变化，以压电传感器为压电陶瓷片为例，本发明实施例的压电传感网络100发现损伤的原理是：通过将压电陶瓷片粘贴在被测零件结构表面上，当对压电陶瓷片施加交流电场时，由于逆压电效应压电陶瓷片会产生振动，并引起零件结构一起振动；零件结构的振动又反作用到压电陶瓷片上，在正向压电效应的作用下使之产生相应的表面电荷；当出现结构裂纹、螺栓松动、结构本体受到冲击/撞击时，产生的表面电荷的振动特征(即机械波响应信号)对应发生变化，从而实现损伤的监测。
进一步地，监测路径上不同的接收传感器相对于触发传感器的距离不同，从而对应机械波响应信号的强弱也不同，由此可知监测路径上的压电传感器之间的距离与对应的机械波响应信号的信号强度存在关联关系，从而可根据该关联关系来确定损伤位置，并进一步确定损伤值，完成损伤监测。
据此，当臂架受到冲击/撞击等，连接件发生松动或断裂(螺栓等)、产生微裂纹，压电传感网络100可以采集反映这些信息的臂架损伤信号(即机械波响应信号)，并发送给监测机构200，通过监测机构200来对臂架的健康状况进行监测与评判。相对于常规采用多个压电传感器各自获取压电信号以判断结构是否损伤的方案，本发明实施例“激励-响应”式的信息采集方案强调在一个网络中针对激励信号的改变而进行多个响应信号的监测与评判，需要的压电传感器更少，且在确定损伤位置及损伤值方面的精度更高。
在优选的实施例中，所述触发传感器与所述接收传感器之间能够相互转换。这种相互转换的方式使得采集的机械波响应信号更为全面，有利于提升损伤监测的精度。
可知，通过压电传感网络获取臂架损伤信号是本发明实施例一的方案的基础，故而压电传感网络的布设非常重要。本发明实施例中，可根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式。其中，所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置等等。
举例而言，可针对所述臂架的指定结构布设所述压电传感网络，并使得该压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。其中，形成箱型监测结构的一示例可包括：在所述臂架指定结构包括上盖板、下盖板以及形成在所述上盖板和所述下盖板之间的两个腹板时，在所述上盖板和所述下盖板上各布置至少两个压电传感器，在每一所述腹板上各自布置至少一个压电传感器；以及确定所述上盖板和所述下盖板上各自的一个压电传感器作为触发传感器，并确定位于所述上盖板、所述下盖板或所述腹板上的剩余压电传感器作为接收传感器。下面将结合图2(a)和图2(b)具体说明该示例。
进一步举例，图2(a)和图2(b)分别是箱型监测结构的压电传感网络的正面布设图和背面布设图，其中该箱型监测结构对应的臂架指定结构包括上盖板101、下盖板102以及形成在所述上盖板101和所述下盖板102之间的两个腹板，其中该两个腹板包括对应于箱型结构正面的第一腹板103以及对应于箱型结构背面的第二腹板104，且其中的数字1-7表示布设的压电传感器。参考图2(a)和图2(b)，上盖板101布置压电传感器1和2，下盖板102布置压电传感器3和4，腹板上布置压电传感器5、6、7，其中压电传感器1与3为触发传感器，由其产生激励信号，压电传感器2、4-7为接收传感器，其接收激励并做出不同的响应。在实际监测过程中，触发传感器与接收传感器之间可以相互转换，以针对不同激励信号产生不同机械波响应信号，提升损伤检测的精度。对于臂架的不同结构，压电传感器可组成N个网络和N条监测路径，盖板监测则相对简单，由压电传感器1、2或压电传感器3、4就组成其监测网络，分别为上盖板监测网络与下盖板监测网络；其他监测网络相对复杂，如1-2-4-6-5、1-3-4-6-5、1-2-4-7等监测网络等。每个监测网络由N条监测路径组成，图3为图2(a)和图2(b)的箱型监测结构所形成的1-2-4-6-5监测网络，易知该1-2-4-6-5监测网络由9条监测路径组成，以每一三角形为一个监测区域，可知该9条监测路径能实现各个区域的监测。据此，可知通过7个压电传感器可实现了箱型监测结构的4个面监测。
上述箱型监测结构适用的臂架的指定结构可例如是臂架中间段结构，臂架中间段结构相对简单，采用压电传感网络的监测范围大，可高达1.2-1.7m之间，而上述通过7个监测点实现了箱型监测结构的4个面监测的布设方式，非常适用于1.2-1.7m范围内的监测。但是，对于臂架的另一些结构，例如臂架的臂头与臂尾结构，其形式较为复杂，一般由折弯板或加强板等拼焊而成，且此部分结构采用压电传感网络的监测范围一般在0.5-1m范围以内，从而需要根据其结构与受力特征布置压电传感网络，且根据其结构的复杂程度，传感网络的数量以及每个传感网络位置点的数量会有不同，但单个压电传感网络的监测点一般控制在4-7点左右。
其中，臂架的结构与受力特征可通过有限元数值仿真得到，例如首先通过有限元数值分析对臂架的裂纹、螺栓松动、冲击/撞击对导波的传播影响等进行分析，确定压电传感网络的布设方案。然后，再利用监测机构200，来例如通过预设的压电传感损伤监测算法，对臂架的连接件松动、裂纹、冲击/撞击损伤进行监测，保证臂架结构的安全。需说明的是，关于压电传感损伤监测算法将在下文结合示例描述，在此则不再赘述。
另外，压电传感网络可内置于粘附于所述臂架的外表面的预设材料中，以与所述臂架形成为一体。举例而言，压电传感网络可内置于碳纤维/玻璃纤维等材料中，也可以先内置于树脂基中，再粘附于臂架外表面金属材料上，与臂架成为一体，从而形成的臂架监测系统可靠性变高，使用寿命增长。
进一步地，对于监测机构200，可为执行所有计算、控制操作的控制器或具有该控制器的工控机。该控制器可以是通用处理器、专用处理器、常规处理器、数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processing)、多个微处理器、与DSP核心关联的一个或多个微处理器、控制器、微控制器、专用集成电路(ASIC，Application Specific IntegratedCircuit)、现场可编程门阵列(FPGA，Field-Programmable Gate Array)电路、其他任何类型的集成电路(IC，Integrated Circuit)、状态机等等。当所述监测机构200为工控机时，其还可集成遥控设备，以远程地向压电传感网络100发送指令或者远程地接收所述压电传感网络所传输的信息。
本发明实施例中，所述监测机构200被配置为根据所述压电传感网络100所采集臂架损伤信号来确定所述臂架的健康情况，即可理解为实现压电传感损伤监测算法。具体地，所述监测机构200可被配置为执行以下操作：
1)计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值。其中，所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号。
2)在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置。
其中，所述根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置又可以包括：a)针对每一压电传感网络的每一监测路径，根据所述第一损伤变化特征值计算每一接收传感器相对于确定的触发传感器的多个损伤值；b)结合所述监测路径参数，确定所述多个损伤值中的最大值对应的监测点为初始损伤位置；c)更换所述触发传感器以重复获取多个初始损伤位置，直至所有压电传感器均已经作为过所述触发传感器；以及d)基于所述多个初始损伤位置确定最终损伤位置。
3)计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值。
4)在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
下面通过示例具体介绍这四个步骤的实施，在该示例中，利用本发明实施例的监测机构200所执行的具体监测过程如下所示：
(1)在臂架工作前，获取每条监测路径(例如N条)的初始损伤信号θ0(t)，此初始损伤信号指的是臂架结构在工作前测得的机械波响应信号。
(2)臂架工作一段时间后，获取每条监测路径当前损伤θt(t)，并计算第一损伤变化特征值：a(t)＝θt(t)-θ0(t)。
(3)判断a(t)大小，若未有变化，则确定臂架处于健康状态，可以安全运行，继续循环步骤(2)，若大于零则进行损伤位置与损伤值的判定，进行后续监测。
(4)通过下式确定监测区域的损伤位置：
Figure BDA0002505092520000111
其中，A(x，y)是损伤变化值a(x，y)的傅里叶变换的幅值，Aij(ω0,t)为特定频率ω0下第一损伤变化特征值a(t)傅里叶变换的幅值，ω0为激励频率，aij为i作为激励、j接受到的损伤变化特征值(即响应信号)，Rr和Rt分别表示传感器i和j在x方向坐标系和y方向坐标系之间的距离(其中x、y针对平面上的坐标系(x，y))，cg表示信号在结构中传输的速度。在此，对于这些参数，除第一损伤变化特征值a(t)之外，其余参数可统称为监测路径参数。
下面举例说明基于上式确定损伤位置的过程。假定网络内有4个监测点，则一个激励信号对应3个响应信号，通过上式确定这3个响应信号各自的损伤值的大小，其中A(x，y)最大的被认为可能的初始损伤位置，再根据这3个响应信号各自损伤值的特点，让另外一个监测点作为激励信号，重复看损伤值最大值的交叉位置，此位置就是损伤位置。
(5)根据路径确定最终的损伤值aij(t)。
举例而言，当确定位置后，计算此路径的损伤量，作为此空间的损伤值。
(6)判定结构是否处于健康状态：判断aij(t)与a阈值之间的关系，若大于阈值则停止工作，对臂架进行监测与维护；若小于，则臂架处于健康状态，可以正常工作。
通过试验可知，本发明实施例一的臂架监测系统对损伤极为敏感，对臂架结构表面进行轻微按压(例如用大拇指按压)就可以监测到结构的变化，从而可以实现对损伤的精确定位。并且，本发明实施例一的臂架监测系统只需要采用较少的压电传感器，就可以对臂架受到的冲击/撞击、连接件松动、裂纹等损伤进行监测，且确定的损伤位置及损伤值的精度较高，即精确地实现了臂架损伤的定位、损伤值分析与确定。
实施例二
图4是本发明实施例二提供的臂架监测方法的流程示意图，该臂架监测方法与实施例一的臂架监测系统基于同样的发明思路，并且可应用于实施例一的臂架监测系统的监测机构。如图4所示，所述臂架监测方法可以包括以下步骤：
步骤S410，获取由布设于所述臂架上的不同监测点的压电传感器形成的压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号。
其中，关于所述压电传感网络可参考实施例一，在此不再赘述。需注意，所述臂架损伤信号是接收传感器响应于激励信号的机械波响应信号，而接收传感器和发出激励信号的触发传感器可相互交换。
步骤S420，根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
优选地，该步骤S420可包括：
步骤S421，计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值。
步骤S422，在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置。
步骤S423，计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值。
步骤S424，在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
更为优选地，所述臂架监测方法还包括：根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式。其中，所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置。举例而言，针对所述臂架的指定结构，确定所述压电传感网络的布设方式可包括：确定所述压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。
该实施例二的其他实施细节及效果可参考实施例一，在此不再进行赘述。
实施例三
图5是本发明实施例三提供的臂架监测系统的结构示意图。如图5所示，该臂架监测系统包括：光纤传感网络300，包括布设于所述臂架的不同监测点的多个光纤传感器，且每一光纤传感器用于监测对应监测点产生的光波值；监测机构200，被配置为根据所述光纤传感网络300所监测的光波值来确定所述臂架的健康情况。
对于光纤传感网络300，其也可称为光纤光栅网络，且对应的光纤传感器也可称为光纤光栅传感器。光纤传感器具有尺寸小、不会发生信号漂移、动态信号稳定等特点。
另外，光纤传感网络也可如实施例一的压电传感网络一样，可内置于粘附于所述臂架的外表面的预设材料中，以与所述臂架形成为一体，这同样使得形成的臂架监测系统可靠性变高，使用寿命增长。
根据上述实施例一，可知实施例一的臂架监测方法对于是否出现裂纹、连接件松动、冲击/断裂极为敏感，但是其难以精确的预估裂纹长度、结构的剩余寿命等，即压电传感网络的定量监测的精度略低。而本发明实施例三的臂架监测系统正好弥补了这一缺陷，其采用光纤传感网络，光纤传感网络的监测范围为400-800mm左右，可较精确地监测裂纹的扩展速率、结构的剩余寿命，以在臂架结构处于危险状态时发出报警信号，指导臂架的检测与维护。
优选地，对应于图2(a)和图2(b)的箱型监测结构，确定所述光纤传感网络的布设方式可包括：相对于布置在臂架中间段的参考点，在每一腹板上靠近该腹板与对应上盖板或下盖板的交界处的位置布置至少一个光纤传感器；以及使同一腹板上的光纤传感器串联并通过统一接口输出监测的光波值。下面将通过图6(a)和图6(b)的示例具体描述。
举例而言，图6(a)和图6(b)分别是对应图2(a)和图2(b)的箱型监测结构的光纤传感网络的正面布设图和背面布设图，其中A1-A6以及B1-B6表示布设的光纤传感器。参考图6(a)和图6(b)，A1、A2与B1、B2监测网络可实现上盖板101、起裂位置为上盖板101与相应腹板的交界处的监测，则对应的A2、A3与B2、B3监测网络也可实现上盖板101、起裂位置为上盖板101与相应腹板的交界处的监测。A4、A5与B4、B5监测网络或A5、A6与B5、B6监测网络实现对下盖板102、起裂位置为下盖板102与相应腹板的交界处的监测。A1、A2、A4、A5(A2、A3、A5、A6)以及B1、B2、B4、B5(B2、B3、B5、B6)对腹板进行监测。其中在臂架中间段布置1个参考点(图6(a)中的A参考)，用于判定此时光纤传感网络监测结果的变化是因为裂纹(微小裂纹或冲击/撞击的损伤引起的)的增长还是结构受力的变化产生的影响。
进一步地，在优选的实施例中，所述光纤传感网络的多个光纤传感器相串联并通过统一接口输出监测的光波值，如图7所示，A1、A2、A3、A6、A5和A4相串联，各自监测的光波值通过一个统一的接口出线端输出。即，参考图7，对于串联式光纤传感网络，仅需一个接口出线端105，一个监测点为一个数据，通过多个监测点的计算可得出裂纹的扩展情况，从而对于整个光纤传感网络的6个信号(A1-A6)甚至更多的信号，仅需一个接口出线端就能实现多传感的输出。传统的采用应变片监测裂纹的方案，每个应变片都需要对应一个接口，开展大量的信号监测不方便，而本发明实施例则正好利用串联式光纤传感网络解决了这一问题。
此外，同实施例一相同，关于光纤传感网络的布设方式也包括光纤传感网络的数量和每个光纤传感网络中布设的光纤传感器的数量及位置等，其可根据具体需求确定。
本发明实施例中，所述监测机构200被配置为根据所述光纤传感网络300所监测的光波值来确定所述臂架的健康情况，具体可包括执行以下几步的操作：
1)针对每一光纤传感网络，获取所述多个光纤传感器各自监测的光波值。
2)根据所述光波值确定裂纹变化因子，其中各个光纤传感器对应的光波值与所述裂纹变化因子之间具有第一函数关系。
以A1、A2和B1、B2的监测网络为例，A1、A2、B1、B2、A参组成一监测网络，通过对5个参考点的评判，可确定裂纹长度l与监测点的光波值之间的关系，它们之间的关系用K—l表示，其中K为裂纹变化因子。裂纹变化因子K满足以下第一函数关系：
K＝μf(ρm,ρn,ρf,ρg,ρ参)+b，
其中，A1光纤光波值对应的为ρm，A2对应的为ρn，B1对应的为ρf，B2对应的为ρg，μ和b为修正参数，ρ参为参考点的光波值。
3)根据所述裂纹变化因子确定裂纹长度，其中所述裂纹变化因子与所述裂纹长度之间具有第二函数关系。
该示例中，大量试验与有限元仿真表明裂纹断裂因子K与裂纹长度l呈函数关系，此时满足第二函数关系：
l＝xf(K)+t，
其中，x和t为修正参数。据此，当确定断裂因子K就可反推裂纹长度l。
4)根据所述裂纹长度，计算臂架损伤值，其中所述裂纹长度与所述臂架损伤值之间具有第三函数关系。
由上述裂纹变化因子K的变化来确定裂纹长度l，而光纤监测网络监测的臂架损伤值与裂纹长度l衡量。以臂架上盖板为例，臂架的损伤值a(t)与裂纹长度l满足第三函数关系：
a(t)＝kf(lt(t)、b、Nu)+w
其中，上盖板的宽度为b，Nu为臂架工作时间(使用寿命)，lt(t)为随着时间(循环次数)的变化的裂纹长度，k和w为修正参数。
5)根据所述臂架损伤值确定所述臂架的健康情况。
举例而言，判定a(t)与a阈值之间的关系，若大于阈值，则确定臂架处于非健康状态，停止工作，对其进行监测与维护；若小于，则确定臂架处于健康状态，可正常工作。
6)根据所述臂架损伤值确定所述臂架的剩余寿命，其中所述臂架损伤值与所述臂架的剩余寿命之间具有第四函数关系。
举例而言，臂架结构的剩余寿命Nf与裂纹扩展速率有关dl/dN有关，其具体值可以通过损伤值进行转换，假定设计寿命为Nt，则满足以下第四函数关系：
Figure BDA0002505092520000161
其中D为臂架的总的损伤值，在0.4-1之间选择。
进一步地，根据所计算剩余寿命，若显示剩余寿命低于示出臂架处于危险状态的阈值，则进行报警，并指导臂架的检测与维护。
结合从1)-6)的步骤，监测机构200进行的具体监测过程如下所示：
(1)初步预警判定及监测时间步长的确定：若裂纹变化因子大于设定的阈值，根据对应的光波值判断裂纹原因是否与实际情况吻合；在所述裂纹原因与所述实际情况相吻合的情况下，根据所述光波值确定对应光纤传感器的监测时间步长。
举例而言，监测参考点的光波值，判断其大小，根据光波值判断裂纹原因是否与实际情况吻合；若吻合，继续作业，若不吻合停止作业。其中，根据对应的光波值判断裂纹原因是否与实际情况吻合包括：针对每一光纤传感网络，根据各个光纤传感器各自监测的光波值与该光纤传感网络中的参考点对应的光纤传感器的光波值的比较结果，判断裂纹原因是裂纹长度增长还是结构受力变化。其中，结构受力变化表明是因为外部载荷大而使得裂纹变化因子增大，而裂纹长度增长表明可能已出现较大的损伤而使得裂纹变化因子的值变大。举例而言，根据比较结果，光波值可能过小，而其过小的可能性与裂纹原因有关，具体表现为：裂纹原因与实际情况吻合(正常情况)，臂架受力小；裂纹原因与实际情况不吻合(异常原因)，裂纹过大，光波传播信号值微弱。
进一步地，关于确定监测时间步长，举例而言，初步预警判定通过后，若参考点值大，则臂架受力大，监测时间步长较短；若参考点值小，则臂架受力小，监测时间步长较长。进一步举例，若确定臂架受力大，则将原定的光纤传感网络四小时监测一次修改为两小时监测一次，以适应实际情况。据此，这里的实际情况可理解为裂纹变化因子较大究竟是因为外部载荷大的原因，还是已出现较大的损伤(裂纹长度增长)的原因，若是后者，则被视为对应的光波值判定裂纹原因与实际情况吻合。
(2)报警诊断方法的判定过程：在获得臂架损伤值之后，可在所述臂架损伤值小于设定的阈值时，根据所述臂架损伤值调整对应光纤传感器的下一次监测时间步长。
举例而言，若损伤值a(t)大(例如大于阈值)，臂架停止作业；损伤值a(t)小，臂架继续作业。根据a(t)的大小，调整下一次的监测时间步长。例如，ai(t)与上一次的ai-1(t)进行比较，若差值大，则将数值的变化值与关于监测时长的特定参数表比对，可能从常规的每监测时长2h计算一次，改为每监测时长1h计算一次。
(3)根据第(2)步的结果，调整第(1)步的监测时间步长，再进行第(2)步的判断，循环进行。
(4)设备停止运行重新启动或姿态调整后，需从第(1)步重新开始初步预警判定。
(5)判定结构是否处于安全状态：a(t)与a阈值之间的关系，若大于阈值则停止工作，对其进行监测与维护；若小于，则运行步骤(1)，臂架正常工作。
综上，本发明实施例的臂架监测系统采用光纤传感网络，当损伤达到一定程度，甚至出现微小裂纹后，可较精确对臂架的裂纹长度和剩余寿命进行估算，从而为臂架检测和维护周期提供定量的方案。
实施例四
图8是本发明实施例四的一种臂架监测方法的流程示意图，该臂架监测方法与实施例三的臂架监测系统基于同样的发明思路，并且可应用于实施例三的臂架监测系统的监测机构。如图8所示，所述臂架监测方法可以包括以下步骤：
步骤S810，获取由布设于所述臂架的不同监测点的多个光纤传感器各自监测的光波值。其中，所述多个光纤传感器形成光纤传感网络。
步骤S820，根据所述光波值确定裂纹变化因子，其中各个光纤传感器对应的光波值与所述裂纹变化因子之间具有第一函数关系。
步骤S830，根据所述裂纹变化因子确定裂纹长度，其中所述裂纹变化因子与所述裂纹长度之间具有第二函数关系。
步骤S840，根据所述裂纹长度，计算臂架损伤值，其中所述裂纹长度与所述臂架损伤值之间具有第三函数关系。
步骤S850，根据所述臂架损伤值确定所述臂架的健康情况。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括：在所述裂纹变化因子大于设定的阈值时，根据对应的光波值判断裂纹原因是否与实际情况吻合；以及在所述裂纹原因与所述实际情况相吻合的情况下，根据所述光波值确定对应光纤传感器的监测时间步长。
优选地，所述根据对应的光波值判断裂纹原因是否与实际情况吻合包括：针对每一光纤传感网络，根据各个光纤传感器各自监测的光波值与该光纤传感网络中的参考点对应的光纤传感器的光波值的比较结果，判断裂纹原因是裂纹长度增长还是结构受力变化，若是裂纹长度增长，则确定裂纹原因与实际情况吻合。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括：在所述臂架损伤值小于设定的阈值时，根据所述臂架损伤值调整对应光纤传感器的下一次监测时间步长。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括：根据所述臂架损伤值确定所述臂架的剩余寿命，其中所述臂架损伤值与所述臂架的剩余寿命之间具有第四函数关系。
该实施例四的其他实施细节及效果可参考实施例三，在此不再进行赘述。
实施例五
实施例一和实施例三各自采用压电传感网络和光纤传感网络来实现对臂架健康状况的监测，各有其优点，例如实施例三利用光纤传感网络的系统对裂纹扩展的监测精度比实施例一利用压电传感网络的系统高，且实施例一的系统的在线实时监测性不好，其更适用于采用定期监测的方式。再例如，实施例一利用压电传感网络的系统对于是否出现裂纹、连接件松动、冲击/断裂极为敏感，也就是其对损伤定位十分敏感，但是其难以精确的预估裂纹长度，结构的剩余寿命，也就是其定量监测的精度略低，而实施例三利用光纤传感网络的系统正好能弥补这一缺陷，用以加强监测系统的诊断能力。
另外，臂架在实际使用过程中长期受到振动、冲击等作用，受力形式极为复杂。对于不同的工程机械，臂架开裂的位置略有不同，有些集中在臂架与臂架连接的头部或尾部等，有些集中在臂架中间段，甚至有些各部位都是风险点，对于不同的形式需要有不同的监测传感网络形式与监测方法。并且，工程机械设备一般为长臂架，其长度在几米到十几米之间，基本很难实现全臂架的健康状况监测。
因此，在考虑了上述实施例一和实施例三的臂架监测方法各自的优势以及臂架实际使用情况的基础上，出于进一步优化传感网络布局、提升损伤定位和估算的精度、提高监测系统的安全性等目的，本发明实施例五提出了在臂架上同时布置光纤传感网络和压电传感网络的方案，以便为臂架的实时检测与维护提供更精确的指导。图9是本发明实施例五的臂架监测系统的结构示意图，可知臂架监测系统可以包括：压电传感网络100，包括布设于所述臂架上的不同监测点的多个压电传感器，且每一压电传感器用于监测对应监测点的臂架损伤信号；光纤传感网络300，包括布设于所述臂架的不同监测点的多个光纤传感器，且每一光纤传感器用于监测对应监测点的光波值；以及监测机构200。
其中，关于压电传感网络100和光纤传感网络300的实施细节，可分别参考实施例一和实施例三，在此则不再进行赘述。但是，压电传感网络100和光纤传感网络300的布设方式可综合进行考虑，例如综合图2(a)和图2(b)的箱型监测结构的压电传感网络和图6(a)和图6(b)的串联式光纤传感网络，可在压电传感网络中，布置光纤传感网络，得到的压电传感网络和光纤传感网络联合布设效果如图10(a)和图10(b)所示。另外，根据监测的实际需要，该联合布设还需要考虑压电传感网络100和光纤传感网络300各自的数量，例如在关键的监测区域内，可布置一套压电传感网络，布置两套光纤传感网络，在利用压电传感网络准确监测到结构出现微小的裂纹时，光纤传感网络监测启动，压电与光纤两种网络监测相联合以实现臂架结构安全的准确监测。
进一步，所述监测机构200被配置为用于执行以下操作：
1)获取所述压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号。
2)根据所述臂架损伤信号确定所述臂架的损伤位置及对应的第一臂架损伤值。
优选地，该步骤可以包括：计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；在存在所述第一损伤变化特征值不为零的情况下，根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；以及计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值，并将该第二损伤变化特征值作为所述第一臂架损伤值。
具体的计算过程可参考实施例一的监测机构所执行的具体监测过程，在此则不再赘述。
3)在所述第一臂架损伤值达到所述光纤传感网络的预设启动值时，获取各个光纤传感器监测对应监测点的光波值。
举例而言，设所述光纤传感网络的预设启动值为a启，则判断依赖于压电传感网络获得的第一臂架损伤值是否达到a启，若达到，则启动光纤传感网络。
4)根据所述光波值确定包括裂纹变化因子及裂纹长度的臂架裂纹信号，并根据所述臂架裂纹信号计算第二臂架损伤值。
参考实施例三，该步骤具体可以包括：根据所述光波值确定裂纹变化因子，其中各个光纤传感器对应的光波值与所述裂纹变化因子之间具有第一函数关系；根据所述裂纹变化因子确定裂纹长度，其中所述裂纹变化因子与所述裂纹长度之间具有第二函数关系；以及根据所述裂纹长度，计算所述第二臂架损伤值，其中所述裂纹长度与所述第二臂架损伤值之间具有第三函数关系。
优选地，在计算出所述第二臂架损伤值之后，还可根据所述第二臂架损伤值确定所述臂架的剩余寿命，其中所述第二臂架损伤值与所述臂架的剩余寿命之间具有第四函数关系。
更为优选地，所述监测机构200还被配置为用于：根据所述第二臂架损伤值与设定安全阈值的比较结果，控制所述臂架的动作。举例而言，当第二臂架损伤值达到设定安全阈值，则停止臂架运动。
涉及上述四个函数关系的具体的计算过程可参考实施例三的监测机构所执行的具体监测过程，在此则不再赘述。
举例而言，本发明实施例五的压电传感与光纤传感联合的监测系统，先以压电监测系统为主，判断臂架是否受到撞击/冲击、连接机构是否松动；对于螺栓松动，通过拧紧处理；对于臂架的撞击/冲击部位，将作为后续重点关注对象；随着臂架持续运行，臂架出现微小缺陷，损伤增大，当缺陷/裂纹增长至0.5-2mm时，此时的损伤值a启作为光纤监测系统的启动信号，后续压电与光纤监测系统联合监测，光纤传感系统作为主要的监测系统。
另外，由于光纤传感器与压电传感器存在不同的监测原理，在一次监测活动中可以发挥各种传感器的优势，从而可在同一个终端上监测臂架结构的多种数据，由计算机程序和多专家系统组成的监测机构，对监测目标进行综合诊断、损伤评估。需说明的是，不同的传感器之间可使用网络接口互连，且也可以远程控制传感器采集数据，实现远程监控，提高监测效率。本发明实施例五将不同的传感器进行系统集成，构成的臂架监测系统在功能上强于使用单一传感器的监测系统且扩展方便。
因此，针对实施例五，其采用的将压电传感和光纤传感相结合以评估臂架损伤情况的方案具有以下效果：压电传感网络对损伤极为敏感，可以对损伤进行精确定位；当损伤达到一定程度，甚至出现微小裂纹后，需对裂纹长度和结构剩余寿命进行精确估算时，此时光纤传感网络的优势变得明显，它可较精确对结构的剩余寿命进行估算，对臂架检测和维护周期提供定量的方案。因此，本发明实施例五的臂架监测方案因发挥光纤传感监测和压电传感监测的不同优势，使得在采用较少传感元件的情况下，监测效率明显提高，且可靠性显著提升。
综上，本发明实施例五的臂架监测系统，采用压电传感和光纤传感联合监测技术，利用不同的监测技术的优势对臂架结构进行监测，形成优势互补，其监测效率明显提高，可靠性显著提升。
实施例六
图11是本发明实施例六提供的臂架监测方法的流程示意图，该臂架监测方法与实施例五的臂架监测系统基于同样的发明思路，并且可应用于实施例五的臂架监测系统的监测机构。如图11所示，所述臂架监测方法可以包括以下步骤：
步骤S1110，获取由布设于所述臂架上的不同监测点的多个压电传感器形成的压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号。
步骤S1120，根据所述臂架损伤信号确定所述臂架的损伤位置及对应的第一臂架损伤值。
优选地，该步骤S1120可包括：计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；在存在所述第一损伤变化特征值不为零的情况下，根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；以及计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值，并将该第二损伤变化特征值作为所述第一臂架损伤值。
步骤S1130，在所述第一臂架损伤值达到由布设于所述臂架的不同监测点的多个光纤传感器形成的光纤传感网络的预设启动值时，获取各个光纤传感器监测对应监测点的光波值。
步骤S1140，根据所述光波值确定臂架裂纹信号，并根据所述臂架裂纹信号计算第二臂架损伤值。其中，所述臂架裂纹信号包括裂纹变化因子及裂纹长度。
优选地，该步骤S1140可包括：根据所述光波值确定裂纹变化因子，其中各个光纤传感器对应的光波值与所述裂纹变化因子之间具有第一函数关系；根据所述裂纹变化因子确定裂纹长度，其中所述裂纹变化因子与所述裂纹长度之间具有第二函数关系；以及根据所述裂纹长度，计算所述第二臂架损伤值，其中所述裂纹长度与所述第二臂架损伤值之间具有第三函数关系。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括：根据所述第二臂架损伤值确定所述臂架的剩余寿命，其中所述第二臂架损伤值与所述臂架的剩余寿命之间具有第四函数关系。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括：根据所述第二臂架损伤值与设定安全阈值的比较结果，控制所述臂架的动作。
在优选的实施例中，所述臂架监测方法还包括确定所述压电传感网络和所述光纤传感网络的布设方式，包括以下中的一者或多者：
1)确定所述压电传感网络及所述光纤传感网络各自的数量及布设区域；
2)确定所述压电传感网络的布设方式，包括使得所述压电传感网络形成针对臂架指定结构的箱型监测结构；以及
3)确定所述光纤传感网络的布设方式，包括使得所述光纤传感网络的多个光纤传感器相串联并通过统一接口输出监测的光波值。
该实施例六的其他实施细节及效果可参考实施例五，在此不再进行赘述。
本发明其他实施例还提供了一种工程机械，该工程机械包含根据实施例一、实施例三和实施例五中的任意一者的臂架监测系统。其中，所述工程机械例如是起重机、挖掘机等。
本发明其他实施例还提供一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行实施例二、四、六中任意所述的臂架监测方法。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。
本领域技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得单片机、芯片或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、运动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
此外，本发明实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施例的思想，其同样应当视为本发明实施例所公开的内容。

Claims (17)

1.一种臂架监测方法，其特征在于，该臂架监测方法包括：
获取由布设于所述臂架上所述臂架的不同监测点的压电传感器形成的压电传感网络在所述臂架工作中监测的臂架损伤信号，其中所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号；以及
根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
2.根据权利要求1所述的臂架监测方法，其特征在于，所述触发传感器与所述接收传感器之间能够相互转换。
3.根据权利要求1所述的臂架监测方法，其特征在于，所述根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况包括：
计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；
在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；
计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值；以及
在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
4.根据权利要求3所述的臂架监测方法，其特征在于，所述根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置包括：
针对每一压电传感网络的每一监测路径，根据所述第一损伤变化特征值计算每一接收传感器相对于确定的触发传感器的多个损伤值；
结合所述监测路径参数，确定所述多个损伤值中的最大值对应的监测点为初始损伤位置；
更换所述触发传感器以重复获取多个初始损伤位置，直至所有压电传感器均已经作为过所述触发传感器；以及
基于所述多个初始损伤位置确定最终损伤位置。
5.根据权利要求1所述的臂架监测方法，其特征在于，所述臂架监测方法还包括：
根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式，其中所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置。
6.根据权利要求5所述的臂架监测方法，其特征在于，针对所述臂架的指定结构，确定所述压电传感网络的布设方式包括：
确定所述压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。
7.根据权利要求6所述的臂架监测方法，其特征在于，所述确定所述压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构包括：
在所述指定结构包括上盖板、下盖板以及形成在所述上盖板和所述下盖板之间的两个腹板时，在所述上盖板和所述下盖板上各布置至少两个压电传感器，在每一所述腹板上各自布置至少一个压电传感器；以及
确定所述上盖板和所述下盖板上各自的一个压电传感器作为触发传感器，并确定位于所述上盖板、所述下盖板或所述腹板上的剩余压电传感器作为接收传感器。
8.一种臂架监测系统，其特征在于，该臂架监测系统包括：
压电传感网络，包括多个布设于所述臂架的不同监测点的压电传感器，且每一压电传感器用于采集对应监测点的臂架损伤信号，其中所述压电传感网络的每一监测路径上的压电传感器包括用于发出激励信号的触发传感器以及用于响应所述激励信号的接收传感器，且所述臂架损伤信号是所述接收传感器响应于所述激励信号的机械波响应信号；以及
监测机构，被配置为用于根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况。
9.根据权利要求8所述的臂架监测系统，其特征在于，所述触发传感器与所述接收传感器之间能够相互转换。
10.根据权利要求8所述的臂架监测系统，其特征在于，所述监测机构被配置为用于根据所述臂架损伤信号评估所述臂架的健康情况包括：
计算所述压电传感网络中每条监测路径上的当前臂架损伤信号相对于对应的初始损伤信号的第一损伤变化特征值，其中所述初始损伤信号是所述压电传感器在所述臂架工作前测得的损伤信号；
在所有第一损伤变化特征值等于零的情况下，确定所述臂架处于健康状态，否则根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置；
计算所述损伤位置对应的接收传感器相对于所述触发传感器的第二损伤变化特征值；以及
在所述第二损伤变化特征值大于或等于预设阈值时，确定所述臂架产生损伤，否则确定所述臂架处于健康状态。
11.根据权利要求10所述的臂架监测系统，其特征在于，所述根据所述第一损伤变化特征值及对应的监测路径参数确定所述臂架的损伤位置包括：
针对每一压电传感网络的每一监测路径，根据所述第一损伤变化特征值计算每一接收传感器相对于确定的触发传感器的多个损伤值；
结合所述监测路径参数，确定所述多个损伤值中的最大值对应的监测点为初始损伤位置；
更换所述触发传感器以重复获取多个初始损伤位置，直至所有压电传感器均已经作为过所述触发传感器；以及
基于所述多个初始损伤位置确定最终损伤位置。
12.根据权利要求8所述的臂架监测系统，其特征在于，所述监测机构还被配置为用于：
根据所述臂架的结构和受力特征，确定所述压电传感网络的布设方式，其中所述布设方式包括压电传感网络的数量和每个压电传感网络中布设的压电传感器的数量及位置。
13.根据权利要求8所述的臂架监测系统，其特征在于，针对所述臂架的指定结构布设所述压电传感网络，并使得该压电传感网络形成针对所述指定结构的箱型监测结构。
14.根据权利要求13所述的臂架监测系统，其特征在于，在所述指定结构包括上盖板、下盖板以及形成在所述上盖板和所述下盖板之间的两个腹板时，所述压电传感网络包括以下压电传感器以形成所述箱型监测结构：
在所述上盖板和所述下盖板上各布置的至少两个压电传感器；以及
在每一所述腹板上各自布置的至少一个压电传感器；
其中，所述上盖板和所述下盖板上各自的一个压电传感器作为触发传感器，且位于所述上盖板、所述下盖板或所述腹板上的剩余压电传感器作为接收传感器。
15.根据权利要求8所述的臂架监测系统，其特征在于，所述压电传感网络内置于粘附于所述臂架的外表面的预设材料中，以与所述臂架形成为一体。
16.一种工程机械，其特征在于，该工程机械包含根据权利要求8-15中任一项权利要求所述的臂架监测系统。
17.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行权利要求1-7中任一项所述的臂架监测方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021232555A1 (zh) * 2020-05-22 2021-11-25 中联重科股份有限公司 臂架监测方法、系统、工程机械及机器可读存储介质

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116305489A (zh) * 2023-04-11 2023-06-23 北京云庐科技有限公司 一种建筑的结构损伤监测方法、系统和介质

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6006163A (en) * 1997-09-15 1999-12-21 Mcdonnell Douglas Corporation Active damage interrogation method for structural health monitoring
EP2182351A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-05 National Research Council Of Canada Method and apparatus for ultrasonic characterization of scale-dependent bulk material heterogeneities
CN102944581A (zh) * 2012-12-07 2013-02-27 大连理工大学 一种导管海洋平台的结构损伤监测方法
CN102998371A (zh) * 2012-12-17 2013-03-27 中联重科股份有限公司 起重机吊臂缺陷检测系统及方法
CN103217478A (zh) * 2013-04-16 2013-07-24 南京航空航天大学 用于复合材料板状结构的无参考损伤识别方法
CN106909733A (zh) * 2017-02-23 2017-06-30 长沙理工大学 一种钢桁架桥梁关键构件高强螺栓健康状态监测方法
CN107399672A (zh) * 2017-09-11 2017-11-28 深圳市航天华拓科技有限公司 起重机健康监控系统及方法
CN109946378A (zh) * 2019-03-29 2019-06-28 广东省特种设备检测研究院珠海检测院 一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10033153B1 (en) * 2014-07-31 2018-07-24 iSenseCloud, Inc. Fiber optic sensor and wavelength drift controlled laser
CN105954293B (zh) * 2016-05-03 2018-11-06 北京航空航天大学 一种基于光纤布拉格光栅传感器的局部裂纹实时监测方法
US10410132B2 (en) * 2016-06-07 2019-09-10 Honeywell International Inc. Probabilistic remaining usage life of aircraft structures
CN107036655A (zh) * 2017-05-04 2017-08-11 北京航空航天大学 一种基于光纤传感器的结构健康监测软件平台实现方法
CN110095470A (zh) * 2019-04-15 2019-08-06 北京航空航天大学 一种基于光纤光栅传感器的裂纹损伤定量方法
CN110398539A (zh) * 2019-07-31 2019-11-01 三一汽车制造有限公司 臂架裂纹监测方法及裂纹监测装置
CN111337514B (zh) * 2020-05-22 2020-08-07 中联重科股份有限公司 臂架监测方法、系统、工程机械及机器可读存储介质

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6006163A (en) * 1997-09-15 1999-12-21 Mcdonnell Douglas Corporation Active damage interrogation method for structural health monitoring
EP2182351A1 (en) * 2008-10-29 2010-05-05 National Research Council Of Canada Method and apparatus for ultrasonic characterization of scale-dependent bulk material heterogeneities
CN102944581A (zh) * 2012-12-07 2013-02-27 大连理工大学 一种导管海洋平台的结构损伤监测方法
CN102998371A (zh) * 2012-12-17 2013-03-27 中联重科股份有限公司 起重机吊臂缺陷检测系统及方法
CN103217478A (zh) * 2013-04-16 2013-07-24 南京航空航天大学 用于复合材料板状结构的无参考损伤识别方法
CN106909733A (zh) * 2017-02-23 2017-06-30 长沙理工大学 一种钢桁架桥梁关键构件高强螺栓健康状态监测方法
CN107399672A (zh) * 2017-09-11 2017-11-28 深圳市航天华拓科技有限公司 起重机健康监控系统及方法
CN109946378A (zh) * 2019-03-29 2019-06-28 广东省特种设备检测研究院珠海检测院 一种门座式起重机臂架结构疲劳裂纹检测装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
周晋宇等: "结构健康监测无线传感网络的优化布置方法及其应用", 《全国结构工程学术会议》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021232555A1 (zh) * 2020-05-22 2021-11-25 中联重科股份有限公司 臂架监测方法、系统、工程机械及机器可读存储介质

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