[发明专利]一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法

权利要求书

1.一种非接触式R-test测量仪的结构参数优化方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：建立采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪的结构模型，并对结构模型的坐标进行预处理；

步骤2：根据预处理后的结构模型和电涡流位移传感器测得的感应电压构建测量灵敏度方程获得灵敏度最大化对应的传感器仰角α；

步骤3：基于灵敏度最大化的结构模型计算各电涡流位移传感器的测量约束方程；

步骤4：计算同时满足测量约束方程的测量点个数即测量空间体积后，获得测量空间体积最大化对应的传感器中心间距λ，完成结构参数优化；

所述步骤1包括如下步骤：

步骤1.1：建立包括均匀分布的三个非接触式电涡流位移传感器和一个测量球的结构模型；

步骤1.2：定义三个传感器底端中心点所在平面ΔABC为基准面，传感器轴线与基准面的夹角均为传感器仰角α；

步骤1.3：建立测量坐标系XYZ，坐标系Z轴与测量仪中心轴线重合，坐标系的XOY坐标面与基准面平行；

所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1：结合预处理后的结构模型，根据电涡流传感器的感应原理和传感器标定试验构建传感器测量特性曲线方程一，方程一如下：

其中，k、t、m、n、q为传感器测量特性参数，δ为传感器量程，L_i为测量球心到第i个传感器感应端面的距离，r_i为球心到第i个传感器中心轴线的距离，r_max为传感器能够有效测量所允许的最大r_i，U_i为第i个传感器测得的感应电压，R_球为测量球半径；

步骤2.2：所有传感器的测量特性参数一致，测量坐标系原点定义为传感器中心轴线的交点即传感器仰角均为α，且球心到传感器中心轴线的距离r_i＝0，获得如下传感器测量特性曲线方程二：

U_i＝kL_i^m+q(i＝1,2,3)

步骤2.3：计算球心与传感器端面的距离L_i：

其中，(x,y,z)为球心坐标，a_i、b_i、c_i、d_i为各传感器感应端面方程系数；

步骤2.4：将L_i代入传感器测量特性曲线方程二后计算感应电压的变化量ΔU，计算公式如下：

步骤2.5：将感应电压的变化量ΔU进行数学变形获得如下公式：

步骤2.6：由于a_i、b_i、c_i、d_i为各传感器感应端面方程系数，且d_i的值不会影响ΔU与Δx、Δy、Δz之间的关系，故可以用传感器感应端面的任意一个单位法矢表示a_i、b_i、c_i的值且根据测量仪的传感器仰角获得感应端面的一组单位法矢，计算测量仪的测量灵敏度方程，方程基于XOZ面：

其中，ΔP为测量球球心坐标微量变化矩阵(Vx，Vy，Vz)^T，ΔU为传感器测得的感应电压变化量，关于传感器仰角α的矩阵J表示测量球球心坐标微量变化矩阵ΔP与传感器测得的感应电压变化量ΔU之间的映射关系；

步骤2.7：定义关于传感器仰角α的矩阵J的条件数的倒数作为测量灵敏度评价指标Prec，根据测量灵敏度方程绘制测量仪灵敏度评价指标Prec与传感器仰角a的关系曲线，根据曲线获得灵敏度最大化的传感器仰角α。