申请/专利权人：南京航空航天大学

申请日：2021-03-01

公开（公告）日：2024-03-29

公开（公告）号：CN112948968B

主分类号：G06F30/15

分类号：G06F30/15;G06F30/20

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.29#授权;2021.07.02#实质审查的生效;2021.06.11#公开

摘要：本发明公开一种基于应变阈值计算的壁板结构光纤传感器布局方法，属于结构健康监测的传感器布局优化领域。包括以下步骤，步骤一：计算光纤传感器所在四边固支板相对位置；步骤二：依据应变阈值选择对应的传感器监测范围方程；步骤三：计算不同光纤传感器在X方向上的监测范围，并进行判定是否合理；步骤四：计算不同光纤传感器在Y方向上的监测范围，并进行判定是否合理。本发明所述方法通过计算光纤传感器X、Y两个方向的监测范围进行布局优化，简化了传感器布局优化方法，适用于不同材质、不同尺寸的壁板结构。本发明方法简单方便，实用性强。

主权项：1.一种基于应变响应阈值计算的光纤传感器布局方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：计算光纤传感器所在四边固支板相对位置以边长为l四边固支方形板为正方形应变监测区域OABC，其中点O位于左下角，点O、A、B、C为逆时针方向排序的正方形板各顶点；建立一个二维直角坐标系，选定正方形板顶点O为坐标原点，定义X轴平行于OA方向，Y轴平行于OC方向；板面上分布着m列×n行光纤传感器，对于某个沿X轴方向粘贴的光纤传感器ij，其位置坐标为xi,yj，其中i∈1,2,…,m，j∈1,2,…,n；计算该光纤传感器粘贴位置在四边固支板中的相对位置，计算表达式为： 式中ai和bj分别表示传感器在四边固支板中横向和竖向的相对位置；步骤二：依据应变阈值选择对应的传感器监测范围方程静载作用下四边固支板加载点附近应变梯度大，将附近位置上应变与加载位置应变的比值记为应变阈值，大小为0～1之间；针对实际工程应用中，需要应变监测较精准的场合，选择较大应变阈值对应的传感器监测范围方程，应变监测精准度较低的场合，选择较小应变阈值对应的传感器监测范围方程；根据有限元仿真分析结果可知，X轴向和Y轴向的传感器监测范围曲线均呈现抛物线形式，且不同应变阈值对应不同的方程系数，方程的系数可以通过有限元仿真分析结果处理可得；因此设传感器监测范围方程公式为： 式中，S上为传感器监测范围上限，即传感器X或Y向上计算所得监测范围较大值，S下为传感器监测范围下限，即传感器X或Y向上计算所得监测范围较小值，x为自变量；对于光纤传感器X轴向监测范围计算，根据所选应变阈值，选择对应的方程系数p1、p2、p3和q1、q2、q3，将横向相对位置ai带入x进行计算；对于光纤传感器Y轴向监测范围计算，根据所选应变阈值，选择对应的方程系数p1'、p'2、p'3和q1'、q'2、q'3，将竖向相对位置bj带入x进行计算；X、Y不同方向，不同应变阈值都有对应不同的传感器监测范围方程，带入后的公式为： 式中，S上和S下为光纤传感器X轴向监测范围上限和下限，S'上和S'下为光纤传感器Y轴向监测范围上限和下限；步骤三：计算不同光纤传感器在X方向上的监测范围，并进行判定是否合理对于X方向上各传感器监测范围所覆盖范围，相邻三个光纤传感器分别为i-1、i和i+1，将X方向各传感器相对位置ai-1、ai和ai+1带入传感器监测范围公式；得到各自对应的传感器监测范围为，Si-1上和Si-1下，Si上和Si下，Si+1上和Si+1下；如果对于这相邻的三个传感器满足：Si-1上＝Si下，Si上＝Si+1下5表明这三个光纤传感器X方向上监测范围刚好相交，此时这三个传感器布局间距最为合理；如果对于这相邻的三个传感器满足：Si-1上Si下，Si上Si+1下，Si-1上Si+1下6表明这三个光纤传感器X方向上相邻两个传感器监测存在交集，i-1和i+1两个传感器对应监测范围之间不存在交集，这种情况说明三个传感器布局相对合理，没有存在布置间距过密的情况；如果对于这相邻的三个传感器满足：Si-1上Si下，Si上Si+1下，Si-1上≥Si+1下7表明这三个光纤传感器X方向上监测范围两两之间存在交集，这种情况说明三个传感器布局过密；如果对于这相邻的三个传感器满足下面三种情况一种的： 表明这三个光纤传感器X方向上监测范围，存在没有相交的部分，即监测盲区，因此这些情况说明这三个传感器的布局不合理，存在监测盲区，需要重新布局；步骤四：计算不同光纤传感器在Y方向上的监测范围，并进行判定是否合理对于Y方向上各传感器监测范围所覆盖范围，相邻三个光纤传感器分别为j-1、j和j+1，将Y方向各传感器相对位置bj-1、bj和bj+1带入传感器监测范围公式；得到各自对应的传感器监测范围为，S'j-1上和S'j-1下，S'j上和S'j下，S'j+1上和S'j+1下；如果对于这相邻的三个传感器满足：S'j-1上＝S'j下，S'j上＝S'j+1下9表明这三个光纤传感器Y方向上监测范围刚好相交，此时这三个传感器布局间距最为合理；如果对于这相邻的三个传感器满足：S'j-1上S'j下，S'j上S'j+1下，S'j-1上S'j+1下10表明这三个光纤传感器Y方向上相邻两个传感器监测存在交集，i-1和i+1两个传感器对应监测范围之间不存在交集，这种情况说明三个传感器布局相对合理，没有存在布置间距过密的情况；如果对于这相邻的三个传感器满足：S'j-1上S'j下，S'j上S'j+1下，S'j-1上≥S'j+1下11表明这三个光纤传感器Y方向上监测范围两两之间存在交集，这种情况说明三个传感器布局过密；如果对于这相邻的三个传感器满足下面三种情况一种的： 表明这三个光纤传感器Y方向上监测范围，存在没有相交的部分，即监测盲区，因此这些情况说明这三个传感器的布局不合理，存在监测盲区，需要重新布局；步骤五：结合步骤三、步骤四确定所有光纤传感器的布局密度是否合理对于布置在结构表面的所有光纤传感器，通过步骤三和步骤四可以求得所有光纤传感器两个方向上的监测范围，以及相邻传感器之间布局密度的合理性；如果所有传感器在两个方向上，均不呈现布局过密或者存在监测盲区的情况，那么说明此种传感器布局方法合理，能满足四边固支壁板结构表面应变监测需求，且所使用的传感器数量较少。

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百度查询： 南京航空航天大学 基于应变响应阈值计算的光纤传感器布局方法

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