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申请/专利权人：南京航空航天大学

摘要：本发明公开一种引入角偏系数和应变场先期重构的管结构形态反演方法，包括以下步骤：步骤一：在圆柱型管状结构表面，螺旋布置高密度弱反射光栅分布式光纤传感器；步骤二：开展基于角偏系数引入与高密度弱反射光栅分布式光纤光纤传感器的圆柱形管状结构应变场反演；步骤三：基于应变场先期重构反演管结构形态；步骤四：采用变升角布局方法，进一步提升圆柱形管状结构形态反演的精度。

主权项：1.一种引入角偏系数和应变场先期重构的管结构形态反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：在圆柱型管状结构表面，螺旋布置固定升角或变升角的高密度弱反射光栅分布式光纤传感器；方式一：固定升角，在单端固支的被测圆柱形管状结构表面以螺旋形式粘贴布置密度弱反射光栅分布式光纤传感器，以圆管在固支端截面圆的圆心为原点，传感器路径与该截面交点与原点连线为极轴，圆管轴向为竖坐标轴建立柱坐标系r,θ,h，其中h为竖坐标，若做该坐标系下任意一点在固支端截面的投影，则r和θ为该点的极径和极角，该传感器铺设路径在柱坐标下满足 其中θ0为自变量，DT为被测圆柱形管状结构外径，L为管状结构的长度，为螺旋路径升角；方式二：变升角，在单端固支的被测圆柱形管状结构表面以螺旋形式粘贴布置密度弱反射光栅分布式光纤传感器，以圆管在固支端截面圆的圆心为原点，传感器路径与该截面交点与原点连线为极轴，圆管轴向为竖坐标轴建立柱坐标系r,θ,h，其中h为竖坐标，若做该坐标系下任意一点在固支端截面的投影，则r和θ为该点的极径和极角，该传感器铺设路径在柱坐标下满足 其中hN-1为第N-1圈末的h坐标，为初始升角，为每圈升角递增量；采用上述布局方案可以在成本有限、光纤长度有限、解调能力有限、计算机算力有限或对计算时间有更快要求时有效提升空间形变的反演精度；步骤二：开展基于角偏系数引入与高密度弱反射光栅分布式光纤传感器的圆柱形管状结构应变场反演2-1、沿螺旋线布局的高密度弱反射光栅分布式光纤传感器所测量的传感器轴向应变ε1与圆柱形管状结构的轴向应变ε，具有如下对应函数关系： 其中μ为泊松比；由其反函数，根据传感路径方向应变，计算圆柱结构表面轴向应变分布信息；2-2、将被测管件表面分成NT段，使管件表面上第nT+10≤nT≤NT-1段的任意一点Pmrm,θm,hm满足该段中线为： 2-3、基于光频域反射技术OFDR，可以测得传感路径上若干点的应变分布数据，若第nT+1段插值中有n个传感器测得的应变已知点，计算第i1≤i≤n个点Piri,θi,hi和第j1≤j≤n个点Pjrj,θj,hj之间的半方差γij，γij可表示为： 其中E为数学期望，εi为第i个传感点的应变值，εj为第j个传感点的应变值；2-4、定义kd为角度偏差系数，可表示为： 其中Δθ为各点与该段中线的角度差；2-5、定义为第i个点与第j个点之间的视在距离，满足 通过半变异函数典型模型中的指数模型拟合rij与的关系得到半变异函数rdA；在被测管件表面任取一满足的点P0r0,θ0,h0作为待估值的点，根据上述视在距离的计算方法也可以计算各传感点与待估点的视在距离进而得到已知点与未知点之间的半方差γi0；2-6、计算权重系数矩阵W＝[w1,w2,…,wn]T，W满足 其中wi为第i个已知点的权重系数，由传统克里金插值方法计算待估点应变估计值满足 在该段插值中取足够多的待估点，并重复上述过程以计算各待估点的应变值，即可实现满足范围内的应变场反演，从而可以在NT段插值后重构出沿圆柱形管状结构表面的轴向应变场；步骤三：基于应变场先期重构反演管结构形态根据步骤二所述方法，首先开展圆柱形管状结构应变场先期重构，用以获取高空间分辨率结构应变分布与响应信息，在事先获取监测对象全局应变分布基础上，再进一步开展圆柱形管状结构形态反演；3-1、提取步骤二中反演得到的其中为θ＝0时沿圆柱形管状结构轴向的应变，为θ＝180°时沿管状结构轴向的应变，为θ＝90°时沿管状结构轴向的应变，为θ＝270°时沿管状结构轴向的应变；3-2、基于下述方法实现单条传感路径的温度自补偿由于任意一待估点Pr0,θ0,h0与Qr0,π+θ0,h0点温差较小，且有：εPw-εQw＝2εPw其中εPw为P点由于弯曲产生应变，εQw为Q点由于弯曲产生应变，上述反演方法得到的满足 其中为弯曲产生应变，εF为温度产生的虚假应变，因此有 3-3、上述应变均为关于与固支端距离h即竖坐标的函数，由应变-曲率-位移的关系，即： 其中wX、wY分别为圆柱形管状结构X方向和Y方向弯曲的挠曲线方程，实现基于应变-曲率-位移重积分算法的空间形变反演。

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