[發(fā)明專利]基于應(yīng)變響應(yīng)閾值計(jì)算的光纖傳感器布局方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110225601.2
• 申請(qǐng)日: 2021-03-01
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112948968A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-06-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾捷;胡錫濤;吳亞星;嚴(yán)楨鋒;徐云濤;岳應(yīng)萍;王云嵩;孫陽(yáng)陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/15
• 分類號(hào): G06F30/15;G06F30/20
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務(wù)所 32237
• 代理人: 韓天宇

本發(fā)明公開(kāi)一種基于應(yīng)變閾值計(jì)算的壁板結(jié)構(gòu)光纖傳感器布局方法，屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的傳感器布局優(yōu)化領(lǐng)域。包括以下步驟，步驟一：計(jì)算光纖傳感器所在四邊固支板相對(duì)位置；步驟二：依據(jù)應(yīng)變閾值選擇對(duì)應(yīng)的傳感器監(jiān)測(cè)范圍方程；步驟三：計(jì)算不同光纖傳感器在X方向上的監(jiān)測(cè)范圍，并進(jìn)行判定是否合理；步驟四：計(jì)算不同光纖傳感器在Y方向上的監(jiān)測(cè)范圍，并進(jìn)行判定是否合理。本發(fā)明所述方法通過(guò)計(jì)算光纖傳感器X、Y兩個(gè)方向的監(jiān)測(cè)范圍進(jìn)行布局優(yōu)化，簡(jiǎn)化了傳感器布局優(yōu)化方法，適用于不同材質(zhì)、不同尺寸的壁板結(jié)構(gòu)。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單方便，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的傳感器布局優(yōu)化領(lǐng)域，具體提出了一種基于應(yīng)變響應(yīng)閾值計(jì)算的壁板結(jié)構(gòu)光纖傳感器布局設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

民用飛機(jī)艙門承擔(dān)著保持艙內(nèi)壓力，保證水密、氣密的作用，此外還可用做旅客行李和航空貨物的裝載通道，如果在其使用過(guò)程中發(fā)生故障，輕則影響飛機(jī)的正常派遣，重則可導(dǎo)致機(jī)毀人亡。飛機(jī)機(jī)翼、機(jī)身以及艙門蒙皮表面的應(yīng)變場(chǎng)可以很好地反應(yīng)飛機(jī)飛行過(guò)程中機(jī)翼、機(jī)身以及艙門表面的受力情況。為此，需要在蒙皮表面布置光纖傳感器測(cè)量表面應(yīng)變信息。然而，過(guò)少的傳感器測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)，不能反映結(jié)構(gòu)整體的應(yīng)變場(chǎng)分布形式，過(guò)多的傳感器測(cè)點(diǎn)設(shè)計(jì)，會(huì)造成數(shù)據(jù)冗余、走線復(fù)雜。因此需要研究壁板結(jié)構(gòu)表面布置光纖傳感器密度的合理性的依據(jù)，并以此為依據(jù)進(jìn)行合理的布局設(shè)計(jì)。

對(duì)于任意給定的光纖傳感器布局，都能測(cè)量獲得壁板結(jié)構(gòu)表面的應(yīng)變分布。但是由于傳感器放置點(diǎn)的應(yīng)變值不同、傳感器位置不同、外界施加載荷不同，離散應(yīng)變測(cè)點(diǎn)測(cè)得的應(yīng)變分布也是不同的。應(yīng)用于結(jié)構(gòu)傳感器布局優(yōu)化的方法主要是用各種優(yōu)化算法，在盡量減少傳感器布置數(shù)量的基礎(chǔ)上，計(jì)算出傳感器布置的最優(yōu)位置。李五欠等基于模擬退火優(yōu)化算法的傳感器位置優(yōu)化研究，然后分別分析了光纖傳感器方向、數(shù)量對(duì)結(jié)構(gòu)形態(tài)重構(gòu)效果的影響；并對(duì)傳感器的位置和方向做了多目標(biāo)優(yōu)化分析，設(shè)計(jì)了單邊固支薄板的光纖傳感器布局方案。 Rao A R M等人本文提出了一種基于粒子群優(yōu)化算法的最優(yōu)傳感器布局算法，該算法將傳感器布局問(wèn)題視為一個(gè)組合優(yōu)化問(wèn)題，并利用粒子群優(yōu)化算法進(jìn)行求解?；诟鞣N優(yōu)化算法的傳感器布局方案優(yōu)化，需要通過(guò)有限元仿真建模，得到精確的模型和仿真數(shù)據(jù)，并從隨機(jī)解計(jì)算最優(yōu)布局，需要占用大量計(jì)算時(shí)間，兩次求解結(jié)果也可能不一致。

上述方法有的需要大量先驗(yàn)知識(shí)，過(guò)程繁瑣。因此，針對(duì)目前壁板結(jié)構(gòu)的光纖傳感器布局優(yōu)化法的不足，需要研究無(wú)需大量先驗(yàn)知識(shí)，能夠?qū)饫w傳感器布局方案進(jìn)行評(píng)估，且以此評(píng)估方法進(jìn)行傳感器布局設(shè)計(jì)的新方法。為此，本發(fā)明提出了一種基于應(yīng)變響應(yīng)閾值計(jì)算的壁板結(jié)構(gòu)光纖傳感器布局設(shè)計(jì)方法。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于工程板結(jié)構(gòu)的光纖傳感器布局設(shè)計(jì)方法。

該方法針對(duì)四邊固支方形板結(jié)構(gòu)的光纖傳感器布局密度優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，根據(jù)工程實(shí)際情況，選擇應(yīng)變閾值參數(shù)，根據(jù)選定的應(yīng)變閾值參數(shù)，將各個(gè)光纖傳感器布置相對(duì)位置，帶入傳感器監(jiān)測(cè)范圍方程，求出各個(gè)傳感器的監(jiān)測(cè)范圍，如果相鄰傳感器監(jiān)測(cè)范圍之間存在重疊的部分，且重疊部分較少，則說(shuō)明光纖傳感器監(jiān)測(cè)范圍覆蓋壁板表面，表示傳感器布局設(shè)計(jì)合理。如果存在相鄰傳感器監(jiān)測(cè)范圍沒(méi)有重疊部分，或者重疊部分較多，則表示傳感器布局設(shè)計(jì)不合理，需要重新設(shè)計(jì)。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟一：計(jì)算光纖傳感器所在四邊固支板相對(duì)位置