[發明專利]基于雙重積分原理的板結構變形分布式光纖計算法及應用

在審

• 申請號: 201510703023.3
• 申請日: 2015-10-26
• 公開（公告）號: CN105352444A
• 公開（公告）日: 2016-02-24
• 發明（設計）人: 曾捷;張鈺玨;李鈺;王曉鋼;李丹婷;梁大開;康健
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01B11/16
• 分類號: G01B11/16
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

技術領域

本發明屬于光纖智能監測領域，具體涉及基于光纖光柵傳感器的結構變形雙重積分計算算法、光纖光柵傳感器布局優化、光柵傳感器與板結構集成方法改進等方面。

背景技術

變形監測是航空航天領域重要的參數計算之一，常規變形監測手段還是以電測與數字攝像方式為主，一般采用位移計、電阻應變化、全站儀和GPS等方法，上述方法是目前變形監測的主要實現形式。由于受到監測原理限制，如GPS、全站儀、沉降儀、測斜儀等難以用于航空航天器服役過程的實時測量，不易實現分布式測量，抗電磁干擾能力弱，易受環境影響，且成本相對較高。因此常規測量手段已不能滿足航空航天器結構在役變形狀態的實時監測。

應變測量是結構變形監測環節中最為基礎的部分，其測量精度直接影響變形擬合最終精度，傳統傳感器如采用應變片傳感器對結構應變進行監測，存在導線笨重冗長、焊接點易損壞、不耐腐蝕、容易受外界復雜多變環境的影響等缺點，直接影響應變測量精度與效率。

由于光纖光柵傳感器具有靈敏度高、體積小、芯徑細、抗電磁干擾能力強、適應環境能力強等優點，使得其在航空航天器結構健康監測方面有著越來越重要的作用。考慮到傳統光纖光柵粘貼方法無法保證傳感器與結構基體緊密接觸，容易導致柵區部分與基體之間存在空隙，在粘貼成型后會在傳感器與基體之間存在氣泡，以至于影響基體、膠層、傳感器三者之間的應變傳遞系數。因此開展針對光纖傳感器粘貼技術的研究，對于提高光纖光柵傳感器應變監測精度，具有重要的工程應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提出一種基于雙重積分原理的板變形分布式光纖計算方法及應用，有助于減少變形監測中光纖光柵傳感器的數量，簡化變形計算算法工作量，改善光纖光柵傳感器與粘貼性能，以達到實現光纖光柵傳感器精確測量結構變形的目的。

在板表面某一條線上布置一組光纖光柵傳感器，根據光纖光柵傳感器測得的中心波長偏移信息，將其轉換為被測點的曲率信息；將離散的被測點的曲率信息連續化，最后將曲率半徑信息轉換為關于弧長的解析式方程：

1ρ=f(x)=mx+n]]>

上式為變形曲線上曲率半徑關于弧長的方程，其中ρ為曲率半徑，x為弧長，m、n為常數。對于兩個位于同一條線、同一方向上的光纖傳感器通過以下公式可計算得到這兩個傳感器之間變形曲線方程：

ω＝∫∫((mx+n)dx)dx

上式中ω為變形后曲線的變形方程。。在兩個傳感器范圍內對曲率關于弧長的方程進行二重積分，即可得到兩個光纖傳感器之間的變形曲線方程。該方法計算過程簡單，且所需光纖傳感器數量顯著減少。

所述的基于雙重積分原理的板結構變形分布式光纖計算法在板結構中的應用，其特征在于：上述板結構的左側固支，在板結構四個角按逆時針方向選取四個對稱點，依次稱為第一點、第二點、第三點、第四點，其中第一點位于板結構的左下角；在第一點、第二點、第三點、第四點依次布置4個光纖光柵傳感器，分別為第一光纖光柵傳感器、第二光纖光柵傳感器、第三光纖光柵傳感器、第四光纖光柵傳感器；上述光纖光柵傳感器的布置方向平行于第一點和第二點的連線；利用上述公式基于光纖光柵的板結構變形計算方法，可分別擬合出第一光纖光柵傳感器與第二光纖光柵傳感器、第三光纖光柵傳感器與第四光纖光柵傳感器所在位置之間的變形曲線方程，進而擬合出板結構彎曲變形。

所述的基于雙重積分原理的板結構變形分布式光纖計算法在板結構中的應用，其特征在于：上述板結構的左側固支，在板結構四個角按逆時針方向選取四個對稱點，依次稱為第一點、第二點、第三點、第四點，其中第一點位于板結構的左下角；在第一點、第二點、第三點、第四點依次布置4個光纖光柵傳感器，分別為第五光纖光柵傳感器、第六光纖光柵傳感器、第七光纖光柵傳感器、第八光纖光柵傳感器；上述光纖光柵傳感器的布置方向垂直于第一點和第二點的連線；利用上述公式基于光纖光柵的板結構變形計算方法，可分別擬合出第五光纖光柵傳感器與第八光纖光柵傳感器、第六光纖光柵傳感器與第七光纖光柵傳感器所在位置之間的變形曲線方程，進而擬合板結構的扭轉變形。