基于光纤布拉格光栅传感器的板壳结构曲面重构算法

张旭; 侯茂盛; 刘智超; 刘涛; 李丽娟

doi:doi:10.3788/LOP57.090603

激光与光电子学进展, 2020, 57 (9): 090603, 网络出版: 2020-05-06

基于光纤布拉格光栅传感器的板壳结构曲面重构算法下载： 1050次

Surface Reconstruction Algorithm of Plate-Shell Structure Based on Fiber Bragg Grating Sensor

张旭侯茂盛 ^*刘智超刘涛李丽娟

作者单位

长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室, 吉林长春 130022

图 & 表

图 1. 光纤光栅传感原理图

Fig. 1. Schematic diagram of fiber grating sensing

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图 2. 微元结构形变弯曲示意图

Fig. 2. Schematic diagram of the deformation of the micro-element structure

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图 3. 曲面重构算法流程图

Fig. 3. Flow chart of surface reconstruction algorithm

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图 4. 分段拟合算法流程图

Fig. 4. Flow chart of piecewise fitting algorithm

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图 5. 曲线弧段划分图

Fig. 5. Diagram of curve arc division

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图 6. 投影坐标转换重构算法原理图

Fig. 6. Schematic diagram of projection coordinate transformation reconstruction algorithm

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图 7. 正弦曲线重构图

Fig. 7. Sinusoidal reconstruction diagram

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图 8. 板壳曲率分布图

Fig. 8. Distribution of plate shell curvature

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图 9. 应变检测实验装置图

Fig. 9. Diagram of experimental device for detecting strain

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图 10. ANSYS应变分布图

Fig. 10. Strain distribution of ANSYS

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图 11. FBG传感器分布阵列

Fig. 11. Distributed array of FBG sensors

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图 12. 板壳表面重构图

Fig. 12. Reconstruction of plate surface

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图 13. ANSYS三维结构图

Fig. 13. Three-dimensional structure diagram of ANSYS

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图 14. 算法重构测点应变与ANSYS仿真应变对比图

Fig. 14. Comparison graph of algorithm reconstruction strain and ANSYS simulation strain

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图 15. x方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 15. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the x-direction measuring point

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图 16. y方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 16. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the y-direction measuring point

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图 17. z方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 17. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the z-direction measuring point

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表 1F=-10 N时FBG传感器波长偏移量

Table1. FBG sensor wavelength offset at F=-10 N

Measuringpoint number	3D coordinates ofmeasuring points /mm	Wavelengthoffset /pm
1	(257,126,9)	20
2	(214,136,10)	15
3	(171,146,10)	15
4	(128,156,11)	14
5	(85,165,12)	14
6	(42,175,13)	13
7	(257,75,62)	12
8	(214,82,69)	12
9	(171,89,75)	13
10	(128,95,82)	12
11	(85,106,89)	11
12	(42,108,96)	13
13	(257,-64,84)	15
14	(214,-82,93)	13
15	(171,-13,102)	14
16	(128,-13,111)	16
17	(85,-14,120)	17
18	(42,-69,129)	15
19	(257,-126,9)	20
20	(214,-82,69)	22
21	(171,-89,75)	24
22	(128,-95,82)	27
23	(85,-101,89)	29
24	(42,-108,96)	20
25	(257,-126,8.9)	18
26	(214,-136,10)	19
27	(171,-146,10)	17
28	(128,-156,11)	15
29	(85,-165,12)	14
30	(42,-175,13)	15

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张旭, 侯茂盛, 刘智超, 刘涛, 李丽娟. 基于光纤布拉格光栅传感器的板壳结构曲面重构算法[J]. 激光与光电子学进展, 2020, 57(9): 090603. Xu Zhang, Maosheng Hou, Zhichao Liu, Tao Liu, Lijuan Li. Surface Reconstruction Algorithm of Plate-Shell Structure Based on Fiber Bragg Grating Sensor[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2020, 57(9): 090603.

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图 1. 光纤光栅传感原理图

Fig. 1. Schematic diagram of fiber grating sensing

图 2. 微元结构形变弯曲示意图

Fig. 2. Schematic diagram of the deformation of the micro-element structure

图 3. 曲面重构算法流程图

Fig. 3. Flow chart of surface reconstruction algorithm

图 4. 分段拟合算法流程图

Fig. 4. Flow chart of piecewise fitting algorithm

图 5. 曲线弧段划分图

Fig. 5. Diagram of curve arc division

图 6. 投影坐标转换重构算法原理图

Fig. 6. Schematic diagram of projection coordinate transformation reconstruction algorithm

图 7. 正弦曲线重构图

Fig. 7. Sinusoidal reconstruction diagram

图 8. 板壳曲率分布图

Fig. 8. Distribution of plate shell curvature

图 9. 应变检测实验装置图

Fig. 9. Diagram of experimental device for detecting strain

图 10. ANSYS应变分布图

Fig. 10. Strain distribution of ANSYS

图 11. FBG传感器分布阵列

Fig. 11. Distributed array of FBG sensors

图 12. 板壳表面重构图

Fig. 12. Reconstruction of plate surface

图 13. ANSYS三维结构图

Fig. 13. Three-dimensional structure diagram of ANSYS

图 14. 算法重构测点应变与ANSYS仿真应变对比图

Fig. 14. Comparison graph of algorithm reconstruction strain and ANSYS simulation strain

图 15. x方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 15. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the x-direction measuring point

图 16. y方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 16. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the y-direction measuring point

图 17. z方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 17. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the z-direction measuring point

表 1F=-10 N时FBG传感器波长偏移量

Table1. FBG sensor wavelength offset at F=-10 N

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图 3. 曲面重构算法流程图

Fig. 3. Flow chart of surface reconstruction algorithm

图 4. 分段拟合算法流程图

Fig. 4. Flow chart of piecewise fitting algorithm

图 5. 曲线弧段划分图

Fig. 5. Diagram of curve arc division

图 6. 投影坐标转换重构算法原理图

Fig. 6. Schematic diagram of projection coordinate transformation reconstruction algorithm

图 7. 正弦曲线重构图

Fig. 7. Sinusoidal reconstruction diagram

图 8. 板壳曲率分布图

Fig. 8. Distribution of plate shell curvature

图 9. 应变检测实验装置图

Fig. 9. Diagram of experimental device for detecting strain

图 10. ANSYS应变分布图

Fig. 10. Strain distribution of ANSYS

图 11. FBG传感器分布阵列

Fig. 11. Distributed array of FBG sensors

图 12. 板壳表面重构图

Fig. 12. Reconstruction of plate surface

图 13. ANSYS三维结构图

Fig. 13. Three-dimensional structure diagram of ANSYS

图 14. 算法重构测点应变与ANSYS仿真应变对比图

Fig. 14. Comparison graph of algorithm reconstruction strain and ANSYS simulation strain

图 15. x方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 15. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the x-direction measuring point

图 16. y方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 16. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the y-direction measuring point

图 17. z方向测点处算法重构位移与仿真位移对比

Fig. 17. Comparison of algorithm reconstruction displacement and simulation displacement at the z-direction measuring point

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