基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量技术，将柔性空间坐标检测杆附在待测机械构件上，在机械构件运动时，柔性空间坐标检测杆上的光纤光栅测量出应变信息，通过光纤光栅解调仪解调成数字波长信息输入到计算机中，计算机中首先将数字波长信息将转换为曲率信息，并由曲率信息递推出空间坐标信息，再通过数值差分计算出加速度，最后将加速度进行实时显示。与现有技术相比，本发明具有测量精度高、实时性好、适用范围广等优点。
【专利说明】基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种空间加速度测量技术，尤其是涉及一种基于光纤光栅曲率感知网 络的空间加速度测量方法和装置。
【背景技术】
[0002] 空间加速度的测量对工程机械的精确有效控制有十分重要的意义，但目前还没有 基于曲率测量的能实现全场空间加速度实时测量的系统。现有的基于光纤光栅的加速度传 感器只能实现单点测量，其设计思路主要是设计带有质量块的传感头，质量块在振动时产 生惯性力，在惯性力作用下传感头结构会产生相应的应变，通过光纤光栅等敏感元件测量 出相应应变，再通过结构的应力应变关系就可W求出惯性力，进而求得加速度。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于光纤光栅 曲率感知网络的空间加速度测量方法和装置。
[0004] 本发明的目的可W通过W下技术方案来实现：
[0005] -种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法，包括W下步骤：
[0006] 1)通过圆弧样条曲线标定处理，确定柔性空间坐标检测杆上各个检测点的应变信 号与柔性空间坐标检测杆的曲线曲率间的比例系数K ;
[0007] 2)将柔性空间坐标检测杆紧贴于待检测的机械构件上，由各个检测点的光纤光栅 根据柔性空间坐标检测杆的弯曲度，获取应变信号：
[000引 3)各个检测点的应变信号经对应的光纤光栅解调仪器转换成数字波长信号，由计 算机实时采集：
[0009] 4)计算机根据实时采集的数字波长信号信号，进行圆弧样条曲线标定处理，得到 波长信号变化值和柔性空间坐标检测杆曲率值之间的对应关系，并根据此关系计算出柔性 空间坐标检测杆上各个检测点处的曲率；
[0010] 5)计算机根据柔性空间坐标检测杆上多个检测点的曲率信息，递推出柔性空间坐 标检测杆上各检测点的空间坐标信息；
[0011] 6)计算机处理由柔性空间坐标检测杆的空间坐标信息，将空间坐标信息中X、Y、Z H个方向的坐标对时间进行向后二次数值差分计算，得到X、Y、Z H个方向的加速度。
[0012] 步骤1)中的圆弧样条曲线标定处理具体过程为；对于每个检测点的光纤光栅，先 测出柔性空间坐标检测杆在若干个已知曲率半径P下的光纤光栅的中也波长入，根据公 式K=A X P求出每个曲率半径P下的比例系数，然后取其平均值作为下一测量点的光纤 光栅的比例系数K。
[001引步骤6)中采用向后二次数值差分计算后，则有第i点t时刻的加速度为：
【权利要求】
1. 一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法，其特征在于，包括以下步 骤： 1) 通过圆弧样条曲线标定处理，确定柔性空间坐标检测杆上各个检测点的应变信号与 柔性空间坐标检测杆的曲线曲率间的比例系数K ; 2) 将柔性空间坐标检测杆紧贴于待检测的机械构件上，由各个检测点的光纤光栅根据 柔性空间坐标检测杆的弯曲度，获取应变信号； 3) 各个检测点的应变信号经对应的光纤光栅解调仪器转换成数字波长信号，由计算机 实时采集； 4) 计算机根据实时采集的数字波长信号信号，进行圆弧样条曲线标定处理，得到波长 信号变化值和柔性空间坐标检测杆曲率值之间的对应关系，并根据此关系计算出柔性空间 坐标检测杆上各个检测点处的曲率； 5) 计算机根据柔性空间坐标检测杆上多个检测点的曲率信息，递推出柔性空间坐标检 测杆上各检测点的空间坐标信息； 6) 计算机处理由柔性空间坐标检测杆的空间坐标信息，将空间坐标信息中X、Y、Z三个 方向的坐标对时间进行向后二次数值差分计算，得到Χ、Υ、Ζ三个方向的加速度。
2. 根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法，其 特征在于，步骤1)中的圆弧样条曲线标定处理具体过程为：对于每个检测点的光纤光栅， 先测出柔性空间坐标检测杆在若干个已知曲率半径Ρ下的光纤光栅的中心波长λ，根据 公式Κ=λ X ρ求出每个曲率半径ρ下的比例系数，然后取其平均值作为下一测量点的光 纤光栅的比例系数Κ。
3. 根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量方法，步 骤6)中采用向后二次数值差分计算后，则有第i点t时刻的加速度为： 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分别为第i点t时刻在空间笛卡尔坐标系中x、y、z方向的加 速度，Xi (t)、Yi (t)、Zi (t)分别为第i点t时刻在空间笛卡尔坐标系中X、y、z轴的坐标。
4. 一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量装置，其特征在于，包括： 柔性空间坐标检测杆：依附于待检测的机械构件，并紧贴该机械构件的外壁，柔性空间 坐标检测杆内部沿轴向设有多个检测点，每个检测点设置光纤光栅用于获取应变信号； 光纤光栅解调仪：由检测点获取应变信号，将多个离散的检测点的应变信号转换成数 字波长信号； 计算机：由光纤光栅解调仪获取数字波长信号，获得每个检测点处的加速度。
5. 根据权利要求4所述的一种基于光纤光栅曲率感知网络的空间加速度测量装置，其 特征在于，多个检测点沿柔性空间坐标检测杆轴向均匀布置，每个检测点均包含分别两组 的4根光纤光栅，4根光纤光栅沿沿柔性空间坐标检测杆的圆形横截面均匀分布。
【文档编号】G01P15/03GK104237561SQ201310455295
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】张伦伟, 杨国标, 曾伟明, 王璟渝 申请人:同济大学