[发明专利]基于应变响应阈值计算的光纤传感器布局方法

说明书

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。

技术领域

本发明属于结构健康监测的传感器布局优化领域，具体提出了一种基于应变响应阈值计算的壁板结构光纤传感器布局设计方法。

背景技术

民用飞机舱门承担着保持舱内压力，保证水密、气密的作用，此外还可用做旅客行李和航空货物的装载通道，如果在其使用过程中发生故障，轻则影响飞机的正常派遣，重则可导致机毁人亡。飞机机翼、机身以及舱门蒙皮表面的应变场可以很好地反应飞机飞行过程中机翼、机身以及舱门表面的受力情况。为此，需要在蒙皮表面布置光纤传感器测量表面应变信息。然而，过少的传感器测点设计，不能反映结构整体的应变场分布形式，过多的传感器测点设计，会造成数据冗余、走线复杂。因此需要研究壁板结构表面布置光纤传感器密度的合理性的依据，并以此为依据进行合理的布局设计。

对于任意给定的光纤传感器布局，都能测量获得壁板结构表面的应变分布。但是由于传感器放置点的应变值不同、传感器位置不同、外界施加载荷不同，离散应变测点测得的应变分布也是不同的。应用于结构传感器布局优化的方法主要是用各种优化算法，在尽量减少传感器布置数量的基础上，计算出传感器布置的最优位置。李五欠等基于模拟退火优化算法的传感器位置优化研究，然后分别分析了光纤传感器方向、数量对结构形态重构效果的影响；并对传感器的位置和方向做了多目标优化分析，设计了单边固支薄板的光纤传感器布局方案。 Rao A R M等人本文提出了一种基于粒子群优化算法的最优传感器布局算法，该算法将传感器布局问题视为一个组合优化问题，并利用粒子群优化算法进行求解。基于各种优化算法的传感器布局方案优化，需要通过有限元仿真建模，得到精确的模型和仿真数据，并从随机解计算最优布局，需要占用大量计算时间，两次求解结果也可能不一致。

上述方法有的需要大量先验知识，过程繁琐。因此，针对目前壁板结构的光纤传感器布局优化法的不足，需要研究无需大量先验知识，能够对光纤传感器布局方案进行评估，且以此评估方法进行传感器布局设计的新方法。为此，本发明提出了一种基于应变响应阈值计算的壁板结构光纤传感器布局设计方法。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工程板结构的光纤传感器布局设计方法。

该方法针对四边固支方形板结构的光纤传感器布局密度优化设计问题，根据工程实际情况，选择应变阈值参数，根据选定的应变阈值参数，将各个光纤传感器布置相对位置，带入传感器监测范围方程，求出各个传感器的监测范围，如果相邻传感器监测范围之间存在重叠的部分，且重叠部分较少，则说明光纤传感器监测范围覆盖壁板表面，表示传感器布局设计合理。如果存在相邻传感器监测范围没有重叠部分，或者重叠部分较多，则表示传感器布局设计不合理，需要重新设计。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的所采用的技术方案包括以下步骤：

步骤一：计算光纤传感器所在四边固支板相对位置