基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量技術(shù)，將柔性空間坐標檢測桿附在待測機械構(gòu)件上，在機械構(gòu)件運動時，柔性空間坐標檢測桿上的光纖光柵測量出應變信息，通過光纖光柵解調(diào)儀解調(diào)成數(shù)字波長信息輸入到計算機中，計算機中首先將數(shù)字波長信息將轉(zhuǎn)換為曲率信息，并由曲率信息遞推出空間坐標信息，再通過數(shù)值差分計算出加速度，最后將加速度進行實時顯示。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有測量精度高、實時性好、適用范圍廣等優(yōu)點。
【專利說明】基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法和裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間加速度測量技術(shù)，尤其是涉及一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng) 絡的空間加速度測量方法和裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 空間加速度的測量對工程機械的精確有效控制有十分重要的意義，但目前還沒有 基于曲率測量的能實現(xiàn)全場空間加速度實時測量的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的基于光纖光柵的加速度傳 感器只能實現(xiàn)單點測量，其設計思路主要是設計帶有質(zhì)量塊的傳感頭，質(zhì)量塊在振動時產(chǎn) 生慣性力，在慣性力作用下傳感頭結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生相應的應變，通過光纖光柵等敏感元件測量 出相應應變，再通過結(jié)構(gòu)的應力應變關(guān)系就可W求出慣性力，進而求得加速度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于光纖光柵 曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法和裝置。
[0004] 本發(fā)明的目的可W通過W下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0005] -種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法，包括W下步驟：
[0006] 1)通過圓弧樣條曲線標定處理，確定柔性空間坐標檢測桿上各個檢測點的應變信 號與柔性空間坐標檢測桿的曲線曲率間的比例系數(shù)K ;
[0007] 2)將柔性空間坐標檢測桿緊貼于待檢測的機械構(gòu)件上，由各個檢測點的光纖光柵 根據(jù)柔性空間坐標檢測桿的彎曲度，獲取應變信號：
[000引 3)各個檢測點的應變信號經(jīng)對應的光纖光柵解調(diào)儀器轉(zhuǎn)換成數(shù)字波長信號，由計 算機實時采集：
[0009] 4)計算機根據(jù)實時采集的數(shù)字波長信號信號，進行圓弧樣條曲線標定處理，得到 波長信號變化值和柔性空間坐標檢測桿曲率值之間的對應關(guān)系，并根據(jù)此關(guān)系計算出柔性 空間坐標檢測桿上各個檢測點處的曲率；
[0010] 5)計算機根據(jù)柔性空間坐標檢測桿上多個檢測點的曲率信息，遞推出柔性空間坐 標檢測桿上各檢測點的空間坐標信息；
[0011] 6)計算機處理由柔性空間坐標檢測桿的空間坐標信息，將空間坐標信息中X、Y、Z H個方向的坐標對時間進行向后二次數(shù)值差分計算，得到X、Y、Z H個方向的加速度。
[0012] 步驟1)中的圓弧樣條曲線標定處理具體過程為；對于每個檢測點的光纖光柵，先 測出柔性空間坐標檢測桿在若干個已知曲率半徑P下的光纖光柵的中也波長入，根據(jù)公 式K=A X P求出每個曲率半徑P下的比例系數(shù)，然后取其平均值作為下一測量點的光纖 光柵的比例系數(shù)K。
[001引步驟6)中采用向后二次數(shù)值差分計算后，則有第i點t時刻的加速度為：

【權(quán)利要求】
1. 一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法，其特征在于，包括以下步 驟： 1) 通過圓弧樣條曲線標定處理，確定柔性空間坐標檢測桿上各個檢測點的應變信號與 柔性空間坐標檢測桿的曲線曲率間的比例系數(shù)K ; 2) 將柔性空間坐標檢測桿緊貼于待檢測的機械構(gòu)件上，由各個檢測點的光纖光柵根據(jù) 柔性空間坐標檢測桿的彎曲度，獲取應變信號； 3) 各個檢測點的應變信號經(jīng)對應的光纖光柵解調(diào)儀器轉(zhuǎn)換成數(shù)字波長信號，由計算機 實時采集； 4) 計算機根據(jù)實時采集的數(shù)字波長信號信號，進行圓弧樣條曲線標定處理，得到波長 信號變化值和柔性空間坐標檢測桿曲率值之間的對應關(guān)系，并根據(jù)此關(guān)系計算出柔性空間 坐標檢測桿上各個檢測點處的曲率； 5) 計算機根據(jù)柔性空間坐標檢測桿上多個檢測點的曲率信息，遞推出柔性空間坐標檢 測桿上各檢測點的空間坐標信息； 6) 計算機處理由柔性空間坐標檢測桿的空間坐標信息，將空間坐標信息中X、Y、Z三個 方向的坐標對時間進行向后二次數(shù)值差分計算，得到Χ、Υ、Ζ三個方向的加速度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法，其 特征在于，步驟1)中的圓弧樣條曲線標定處理具體過程為：對于每個檢測點的光纖光柵， 先測出柔性空間坐標檢測桿在若干個已知曲率半徑Ρ下的光纖光柵的中心波長λ，根據(jù) 公式Κ=λ X ρ求出每個曲率半徑ρ下的比例系數(shù)，然后取其平均值作為下一測量點的光 纖光柵的比例系數(shù)Κ。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量方法，步 驟6)中采用向后二次數(shù)值差分計算后，則有第i點t時刻的加速度為： X：{t) Xi{t - Δ?) -f- Χι{? - 2 * Δ?) Am --;- (Δ?)2 . Yi{t) - 2 * Yt(t - Δ〇 + Yi(t 2 * Δγ) -j-t-- f (Δ，)2 ^ - 2 · Zr{t ~~ Δ/) +· 2i{t ? z * Δ/) Am =------z-- J 式中，Aitx、Aity、Aitz分別為第i點t時刻在空間笛卡爾坐標系中x、y、z方向的加 速度，Xi (t)、Yi (t)、Zi (t)分別為第i點t時刻在空間笛卡爾坐標系中X、y、z軸的坐標。
4. 一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量裝置，其特征在于，包括： 柔性空間坐標檢測桿：依附于待檢測的機械構(gòu)件，并緊貼該機械構(gòu)件的外壁，柔性空間 坐標檢測桿內(nèi)部沿軸向設有多個檢測點，每個檢測點設置光纖光柵用于獲取應變信號； 光纖光柵解調(diào)儀：由檢測點獲取應變信號，將多個離散的檢測點的應變信號轉(zhuǎn)換成數(shù) 字波長信號； 計算機：由光纖光柵解調(diào)儀獲取數(shù)字波長信號，獲得每個檢測點處的加速度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于光纖光柵曲率感知網(wǎng)絡的空間加速度測量裝置，其 特征在于，多個檢測點沿柔性空間坐標檢測桿軸向均勻布置，每個檢測點均包含分別兩組 的4根光纖光柵，4根光纖光柵沿沿柔性空間坐標檢測桿的圓形橫截面均勻分布。
【文檔編號】G01P15/03GK104237561SQ201310455295
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】張倫偉, 楊國標, 曾偉明, 王璟渝 申請人:同濟大學