本發明專利技術公開了一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測體系，該體系包括：多個應變傳感器節點，多個振動傳感器節點，以及壓力傳感器節點、流量傳感器節點、溫度傳感器節點、轉速傳感器節點和基站。本發明專利技術的傳感器節點以無線傳感器節點為主，可以融合有線傳感器節點。本發明專利技術可檢測飛機液壓動力系統的壓力、流量、溫度和航空液壓泵的轉數等數據，用于檢測飛機液壓動力系統的基本故障，并監測運行；可檢測航空液壓泵、管路及作動器的振動、應力應變數據，為飛機液壓動力系統運行狀態評估及臨界振動失穩預測提供更為全面的數據。所構建的網絡檢測體系可實現智能自適應組網，大大減小了資源浪費，自動化程度高、可拓展性強、故障修復能力強。
【技術實現步驟摘要】
一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測方法
本專利技術涉及航空液壓動力系統安全、健康監測及故障預估領域和一般液壓動力系統的安全監測，尤其涉及一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測方法。
技術介紹
液壓動力系統是飛機動力系統中非常重要的組成部分，在飛機安全飛行及健康服役中起著重要作用。飛機液壓動力系統主要由航空液壓泵、蓄能器、溢流閥、作動器及航空液壓管路組成，液壓動力系統的故障和失效會嚴重影響飛機飛行安全。統計表明，在我國，液壓動力系統是飛機故障率最高的子系統，軍用飛機事故的30％左右與之相關，而民用飛機液壓系統的故障率則高達36.7％。液壓動力源及管路的振動問題是導致飛機液壓動力系統故障頻發的一個重要因素。航空液壓泵的流量脈動和機械振動，高壓油流經彎管、節流口等復雜流道激發的高頻湍流，作動器受到的外界強迫振動等，是飛機動力系統產生振動的根源。這些因素的交叉耦合作用，使得飛機液壓動力系統振動的幅值和頻率變化很大。甚至在某些工況下，導致管路諧振失穩，造成管夾支架支撐失效、連接松動、管路破裂等類事故的頻繁發生。對飛機液壓動力系統做準確的故障診斷以及精確地預估故障發生的可能性是減小故障發生的一個有效辦法，影響故障檢測、故障類型判斷和故障定位效果的因素包括數據檢測的及時性、早期檢測的靈敏度、故障誤報率和漏報率、故障分離能力、故障辨識能力、檢測系統的魯棒性和自適應能力。常見的對飛機液壓動力系統故障數據的檢測大多基于有線式傳感器，這需要大量布線以提供電力傳輸和數據通信，而且傳感器類型單一，數據監測點不全面，系統靈活性低，網絡結構復雜，因此在應用中，曾出現故障漏報、誤報，或者因為數據擁塞而導致監控雪崩，最終發生機毀人亡的事故。因此，構建一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測體系，能夠實時、全面、準確地檢測飛機液壓動力系統的一些性能指標，如系統的壓力、流量、溫度和航空液壓泵的轉速，以及航空液壓泵、管路、管路支架及執行機構的振動和應力應變數據，并使其能夠最大限度地節約網絡資源，提高傳輸效率是很有必要的。
技術實現思路
針對上述現有技術中存在的缺陷，以及提高航空飛行安全的強烈需求，本專利技術提供一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測方法。其主要特點是：一、將無線檢測傳感器節點與有線檢測傳感器節點組合使用，在增加傳感器節點數量的同時，減少了數據傳輸線路；二、全面檢測系統壓力、流量、溫度及航空液壓泵的轉速參數，并多點檢測航空液壓泵、管路等的振動、應力、應變參數，得到更完善的動力系統運行數據；三、采用分層式混合網絡結構，最大限度地利用網絡資源，實現數據的快速傳輸；四、傳感器節點具有工作模式和睡眠模式，當傳感器節點處于睡眠模式時，無數據上傳到檢測體系中，減小了數據傳輸量，降低了能量損耗；五、具有自適應組網功能，對所有處于工作模式的傳感器節點根據一定的規律進行自組網，提高了網絡工作效率。為了解決上述存在的技術問題，本專利技術是通過以下技術方案實現的：一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測方法，該方法涉及硬件設備包括壓力傳感器節點4，流量傳感器節點3，溫度傳感器節點6，應力應變傳感器節點5，振動傳感器節點2，轉速傳感器節點1和基站；所述傳感器質量應遠小于被測物體的質量；所述振動傳感器為三軸振動傳感器；所述三軸是指水平、豎直、軸向三個方向：所述基站是具有無線信號收發功能能夠移動的上位機或工控機，所述基站應處于所有無線傳感器的通訊范圍以內，能夠實時控制所有網絡內的傳感器節點；該方法具體內容包括以下步驟：一、轉速傳感器節點1安裝在航空液壓泵的輸入軸上；振動傳感器節點2分別安裝在航空液壓泵、液壓管路、管路支架和執行機構上；流量傳感器節點3和壓力傳感器節點4安裝在航空液壓泵高壓油出口管路上；應力應變傳感器節點5安裝在液壓管路系統上和執行機構上；溫度傳感器節點6安裝在油箱上；在航空液壓泵的輸入軸上布置一個轉速傳感器節點1，在液壓泵的底座、后端蓋、前端蓋和高壓油出口各布置一個振動傳感器節點2；振動傳感器節點2和應力應變傳感器節點5的具體安裝位置和數量應根據實際被測系統的振動特性確定，但相鄰兩個同類傳感器節點的間距不應大于1.5米；在航空液壓泵高壓油出口管路分別安裝一個流量傳感器節點3和一個壓力傳感器節點4，在管路外壁上多點布置振動傳感器節點2和應力應變傳感器節點5，在每個泵口管路支架上布置一個振動傳感器節點2，在支架兩側各安裝一個應力應變傳感器節點5；在動力傳輸管路上主要布置振動傳感器節點2、應力應變傳感器節點5，并在管路支架上安裝振動傳感器節點2，在支架兩側安裝應力應變傳感器節點5；在執行機構的外殼上安裝振動傳感器節點2和應力應變傳感器節點5；二、所述的動力傳輸管路是指動力源泵口管路末端至執行機構之間的高低壓液壓管路，振動傳感器節點2和應力應變傳感器節點5的數量由動力傳輸管路的長短、管路的空間型式以及管路支撐位置決定，先通過振動數值模態分析確定每段管路測點的數量和位置，再根據振動實驗模態分析結果予以調整；三、同類傳感器節點之間按照分層網絡拓撲結構自組網，不同類傳感器節點用不同區段的ID加以區分，基站位于網絡拓撲結構的頂層，最外層的傳感器節點位于網絡拓撲結構的底層，基站與第二層傳感器節點間是以星型網絡拓撲結構通信，也就是指基站與簇首間是以星型網絡拓撲結構通信，每個簇內部以多跳式的網狀網絡拓撲結構進行通信；四、按照數據的不同應用，將傳感器節點上傳數據的優先等級分為三級，所有數據按照優先等級自動排序上傳；所述的傳感器節點上傳數據的優先等級為：第一級是優先上傳級，上傳液壓動力系統的壓力、流量、溫度和航空液壓泵的轉速等數據，用于檢測飛機液壓動力系統的基本故障，并監測運行；第二級是次優上傳級，上傳航空液壓泵、管路及作動器的振動數據；第三級是最次上傳級，上傳液壓管路的應力應變數據；第二級和第三級上傳的數據主要用于飛機液壓動力系統運行狀態評估及臨界振動失穩預測，基站可以根據振動數據，綜合采集到的其它數據，評估液壓動力系統運行狀態，分析判斷液壓系統各個部位是否處于或接近臨界失穩狀態；所述的傳感器節點包括無線傳感器節點和有線式傳感器節點，無線傳感器節點參與無線自動組網形成無線網絡，有線傳感器節點與基站直接有線連接，不參與無線組網；所述的無線傳感器節點是由電源模塊、傳感器模塊、微型處理器模塊、存儲模塊和無線傳輸模塊構成，其中電源模塊是通過電池、直流電源或JTAG接口供電；微型處理器模塊植入了協議棧程序代碼，且底層驅動程序和應用層開發程序都嵌入到了協議棧中；所述的無線傳感器節點有采集模式和睡眠模式兩種工作模式，在采集模式下，傳感器節點采集并上傳數據，同時負責傳送其它經過該傳感器節點的數據，如果一定時間內沒有接收到任何工作任務，該傳感器節點自動進入睡眠模式；在睡眠模式下，傳感器節點處于低能耗狀態，不參與工作。本專利技術應用了多種類型的傳感器節點，能夠對系統的壓力、流量、溫度數據和振動、應力應變數據，進行多點全面檢測。傳感器節點以無線傳感器節點為主，可以融合有線傳感器節點；傳感器節點具有良好的拓展性；該體系大多采用無線網絡傳輸數據，使得檢測具有良好的可移植性。根據傳感器節點采集和信號頻率不同的特點，該網絡體系采用分層式混合網絡拓撲結構，分層式自組網只在同種類型本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測體系，該體系涉及硬件設備包括壓力傳感器節點(4)，流量傳感器節點(3)，溫度傳感器節點(6)，應力應變傳感器節點(5)，振動傳感器節點(2)，轉速傳感器節點(1)和基站；所述傳感器質量應遠小于被測物體的質量；所述振動傳感器為三軸振動傳感器；所述三軸是指水平、豎直、軸向三個方向：所述基站是具有無線信號收發功能能夠移動的上位機或工控機，所述基站應處于所有無線傳感器的通訊范圍以內，能夠實時控制所有網絡內的傳感器節點；該體系具體內容包括以下步驟：一、轉速傳感器節點(1)安裝在航空液壓泵的輸入軸上；振動傳感器節點(2)分別安裝在航空液壓泵、液壓管路、管路支架和執行機構上；流量傳感器節點(3)和壓力傳感器節點(4)安裝在航空液壓泵高壓油出口管路上；應力應變傳感器節點(5)安裝在液壓管路系統上和執行機構上；溫度傳感器節點(6)安裝在油箱上；在航空液壓泵的輸入軸上布置一個轉速傳感器節點(1)，在液壓泵的底座、后端蓋、前端蓋和高壓油出口各布置一個振動傳感器節點(2)；振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)的具體安裝位置和數量應根據實際被測系統的振動特性確定，但相鄰兩個同類傳感器節點的間距不應大于1.5米；在航空液壓泵高壓油出口管路分別安裝一個流量傳感器節點(3)和一個壓力傳感器節點(4)，在管路外壁上多點布置振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)，在每個泵口管路支架上布置一個振動傳感器節點(2)，在支架兩側各安裝一個應力應變傳感器節點(5)；在動力傳輸管路上主要布置振動傳感器節點(2)、應力應變傳感器節點(5)，并在管路支架上安裝振動傳感器節點(2)，在支架兩側安裝應力應變傳感器節點(5)；在執行機構的外殼上安裝振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)；二、所述的動力傳輸管路是指動力源泵口管路末端至執行機構之間的高低壓液壓管路，振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)的數量由動力傳輸管路的長短、管路的空間型式以及管路支撐位置決定，先通過振動數值模態分析確定每段管路測點的數量和位置，再根據振動實驗模態分析結果予以調整；三、同類傳感器節點之間按照分層網絡拓撲結構自組網，不同類傳感器節點用不同區段的ID加以區分，基站位于網絡拓撲結構的頂層，最外層的傳感器節點位于網絡拓撲結構的底層，基站與第二層傳感器節點間是以星型網絡拓撲結構通信，也就是指基站與簇首間是以星型網絡拓撲結構通信，每個簇內部以多跳式的網狀網絡拓撲結構進行通信；四、按照數據的不同應用，將傳感器節點上傳數據的優先等級分為三級，所有數據按照優先等級自動排序上傳；所述的傳感器節點上傳數據的優先等級為：第一級是優先上傳級，上傳液壓動力系統的壓力、流量、溫度和航空液壓泵的轉速等數據，用于檢測飛機液壓動力系統的基本故障，并監測運行；第二級是次優上傳級，上傳航空液壓泵、管路及作動器的振動數據；第三級是最次上傳級，上傳液壓管路的應力應變數據；第二級和第三級上傳的數據主要用于飛機液壓動力系統運行狀態評估及臨界振動失穩預測，基站可以根據振動數據，綜合采集到的其它數據，評估液壓動力系統運行狀態，分析判斷液壓系統各個部位是否處于或接近臨界失穩狀態；所述的傳感器節點包括無線傳感器節點和有線式傳感器節點，無線傳感器節點參與無線自動組網，有線傳感器節點與基站直接有線連接，不參與無線組網；所述的無線傳感器節點是由電源模塊、傳感器模塊、微型處理器模塊、存儲模塊和無線傳輸模塊構成，其中電源模塊是通過電池、直流電源或JTAG接口供電；微型處理器模塊植入了協議棧程序代碼，且底層驅動程序和應用層開發程序都嵌入到了協議棧中；所述的無線傳感器節點有采集模式和睡眠模式兩種工作模式，在采集模式下，傳感器節點采集并上傳數據，同時負責傳送其它經過該傳感器節點的數據，如果一定時間內沒有接收到任何工作任務，該傳感器節點自動進入睡眠模式；在睡眠模式下，傳感器節點處于低能耗狀態，不參與工作。...
【技術特征摘要】
1.一種航空液壓系統多點多變量分層混合網絡檢測方法，該方法涉及硬件設備包括壓力傳感器節點(4)，流量傳感器節點(3)，溫度傳感器節點(6)，應力應變傳感器節點(5)，振動傳感器節點(2)，轉速傳感器節點(1)和基站；壓力傳感器、流量傳感器、溫度傳感器、應力應變傳感器、振動傳感器和轉速傳感器質量應遠小于被測物體的質量；所述振動傳感器為三軸振動傳感器；所述三軸是指水平、豎直、軸向三個方向：所述基站是具有無線信號收發功能能夠移動的上位機或工控機，所述基站應處于所述每種傳感器中所有無線傳感器的通訊范圍以內，能夠實時控制所有網絡內的傳感器節點；該方法具體內容包括以下步驟：一、轉速傳感器節點(1)安裝在航空液壓泵的輸入軸上；振動傳感器節點(2)分別安裝在航空液壓泵、液壓管路、管路支架和執行機構上；流量傳感器節點(3)和壓力傳感器節點(4)安裝在航空液壓泵高壓油出口管路上；應力應變傳感器節點(5)安裝在液壓管路系統上和執行機構上；溫度傳感器節點(6)安裝在油箱上；在航空液壓泵的輸入軸上布置一個轉速傳感器節點(1)，在航空液壓泵的底座、后端蓋、前端蓋和高壓油出口各布置一個振動傳感器節點(2)；振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)的具體安裝位置和數量應根據實際被測系統的振動特性確定，但相鄰兩個同類傳感器節點的間距不應大于1.5米；在航空液壓泵高壓油出口管路分別安裝一個流量傳感器節點(3)和一個壓力傳感器節點(4)，在管路外壁上多點布置振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)，在每個泵口管路支架上布置一個振動傳感器節點(2)，在支架兩側各安裝一個應力應變傳感器節點(5)；在動力傳輸管路上主要布置振動傳感器節點(2)、應力應變傳感器節點(5)，并在管路支架上安裝振動傳感器節點(2)，在支架兩側安裝應力應變傳感器節點(5)；在執行機構的外殼上安裝振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)；二、所述的動力傳輸管路是指動力源泵口管路末端至執行機構之間的高低壓液壓管路，振動傳感器節點(2)和應力應變傳感器節點(5)的數量由動力傳輸管路的長短、管路的空間型式以及管路支撐位置決定，先通過振動數值模態分析確定每段管路測點的數量和位置，再根據振動實驗模態分析結果予以調整；三、同類傳感器節點之間按照分層網絡拓撲結構自組網，不同類傳感器節點用不同區段的ID加以區分，基站位于網絡拓撲結構的頂層，最外層的傳感器節點位于網絡拓撲結構的底層，基站與第二層傳感器節點間是以星型網絡拓撲結構通信，也就是指基站與簇首間是以星型網絡拓撲結構通信，每個簇內部以多跳式的網狀網絡拓撲結構進行通信；...
【專利技術屬性】
技術研發人員：權凌霄，孔祥東，盛世偉，趙苓，李斌，
申請(專利權)人：燕山大學，
類型：發明
國別省市：河北;13
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