[发明专利]一种结构变形光纤监测与重构方法及系统

权利要求书

1.一种结构变形光纤监测与重构方法，其特征在于步骤如下：

(1)通过光纤监测网络获取结构上有限个测量点的光纤监测数据，修正监测数据精度，并对修正后的监测数据特征进行提取；

所述步骤(1)通过光纤监测网络获取结构上有限个测量点的光纤监测数据，步骤如下：

(1.1)建立光纤监测网络，确定测量点的位置、数量和测量量，测量量即光纤监测数据，包括：温度、振动、应变数据，根据测试环境、传感器特性参数这些影响因素修正监测数据精度；

(1.2)对监测数据特征提取具体如下：

(1.2.1)对于温度数据，数据特征用最大值、平均值、最小值以及监测点间温度梯度描述，直接从所得数据中提取上述值作为特征值；

(1.2.2)对于振动数据，数据特征用振动加速度峰值、有效值、频率描述，直接从数据中提取峰值、有效值，利用所得数据自功率谱提取数据频率作为特征值；

(1.2.3)对于应变数据，数据特征用平面主应变值描述，根据所得监测点应变利用平面应变关系，得到平面主应变值作为特征值；

(1.3)光纤监测网络监测点布置方法如下：

(1.3.1)对于单向应变结构，沿结构方向布置测点；

(1.3.2)对于平面应变结构，沿温度梯度布置测点；

(2)建立结构的有限元模型，根据步骤(1)有限个测量点的数据特征，拟合出应变数据源和结构变形的函数关系，再利用插值算法将函数关系转换为整个结构的变形场；

(3)通过光纤光栅监测手段，得到结构测点应变数据，利用插值算法重构步骤(2)中的应变数据源和结构变形的函数关系，再利用插值算法得到修正后的变形场；

(4)根据结构的变形场，确定结构的变形量。

2.根据权利要求1所述的一种结构变形光纤监测与重构方法，其特征在于：步骤(2)建立航天器结构的有限元模型，根据步骤(1)有限个测量点的数据特征，拟合出应变数据源和结构变形的函数关系，再利用插值算法将函数关系转换为整个结构的变形场，步骤如下：

(2.1)建立结构的有限元动力学模型；

(2.2)获得结构的有限元动力学模型的边界条件，方法如下:

(2.2.1)有限元动力学模型的模拟计算的温度边界条件利用步骤(1)所得温度数据特征，拟合数据作为模拟计算温度边界条件；

(2.2.2)有限元动力学模型的模拟计算的载荷边界条件利用所得加速度数据特征，结合动力与加速度关系拟合数据作为模拟计算载荷边界条件；

(2.2.3)将步骤(2.2.1)、步骤(2.2.2)计算得到的温度边界条件、载荷边界条件下施加到有限元模型上，模拟计算获得结构应变场与变形场数据；

(2.3)拟合出应变数据和结构变形的关系，方法如下：

对所得应变场，变形场数据进行运算奇点剔除，对奇点剔除应变场，变形场数据进行重采样，根据结构的材料变形特性以及对应点的数据关系,拟合出应变数据和结构变形的关系；

(2.4)获得结构的变形场的方法如下：

根据(2.3)得到的各条直线上的拟合变形值，利用插值算法得到整个变形场；插值方法选取一种基于双调和算子格林函数计算的数据插值方法—格林样条插值法，利用该方法用中心点位于各观测数据点的多个格林函数进行加权叠加而解析地计算出插值曲面的全局变形场。

3.根据权利要求1所述的一种结构变形光纤监测与重构方法，其特征在于：步骤(2)根据步骤(1)有限个测量点的数据特征，拟合出应变数据源和结构变形的函数关系，具体步骤如下：通过检测系统测量得到离散点的应变，利用分段三次Hermite函数插值各条直线上的应变，根据插值得到的应变点数据和仿真得到的变形点数据，拟合各条直线上的应变与变形的函数关系。

4.根据权利要求1所述的一种结构变形光纤监测与重构方法，其特征在于：修正监测数据精度，具体如下：对传感器特性参数开展标定实验，得到其随温度、时间、材料变化特性，在实际测量时根据实际情况修正测量结果，提高监测数据精度。

5.根据权利要求1所述的一种结构变形光纤监测与重构方法，其特征在于：结构的有限元模型中有限元模型尺寸、结构、材料特性、约束条件、温度载荷、力载，与实际情况一致，网格划分规整。