CN114234831A - 一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和可读存储介质，所述方法包括：基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下曲面铸钢件在不同节点的受力状况；按照受力大小选取目标节点；在目标节点处分别置入光纤光栅传感器，并由光纤光栅传感器实时监测对应目标节点的应力值；通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，发出报警信息给监测中心。本发明实现对曲面铸钢件应变的实时准确监测预警，有效避免安全事故的发生。
Description
技术领域
本发明涉及安全监测技术领域，尤其涉及一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和可读存储介质。
背景技术
铸钢件多为形状奇特的曲面构件，而铸钢件应用越来越多，例如在房屋、桥梁建设过程中，均离不开曲面铸钢件。通常曲面铸钢件容易受到载荷的影响而发生应变，进而使内部产生应变，以平衡载荷施加给曲面铸钢件的作用力，一旦这种平衡被打破，这很有可能导致曲面铸钢件的断裂。因此，在这些建筑设施施工和运营阶段，需要对曲面铸钢件的应变情况进行实时监测。
传统的监测方式，则由检测人员人为主观设定监测点，并将应变监测传感器设置在这些监测点上，然而这种方式对检测人员的经验要求较高，另外受人为因素影响，容易导致监测点选定不准确，进而导致应变监测出现遗漏的问题，甚至可能因应变监测不准而造成危险事故的发生。另外，人工监测方式自动化程度不高。
发明内容
为了解决上述至少一个技术问题，本发明提出了一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和可读存储介质，能够实现对曲面铸钢件应变的实时准确监测，有效避免安全事故的发生，并实现了智能化监测方式，在提升监测准确度的同时，进一步提升了监测效率，节省了人力成本。
本发明第一方面提出了一种曲面铸钢件的应变监测方法，所述方法包括：
基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
本方案中，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
本方案中，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值
本方案中，在通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值之后，所述方法还包括：
从n个温度感应器中选定一个温度感应器，并将其采集的温度值分别与剩余的n-1个温度感应器采集的温度值逐一作差计算，得到n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
分别将n个温度感应器采集的温度值与剩余温度感应器采集的温度值逐一进行作差比对，得到基于每个温度感应器的n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
基于每个温度感应器判断每个差值的绝对值是否大于第一预设阈值，如果是，则标记对应的温度感应器为疑似异常一次；
统计每个温度感应器被标记为疑似异常的总次数，并判断总次数是否大于第二预设阈值；如果是，则判定对应的温度感应器为异常；
在分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器时，使有效的温度感应器不包括异常的温度感应器。
本方案中，判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，具体包括：
建立二维坐标系，并使曲面铸钢件与监测中心之间的连线落入二维坐标系的平面上；
预设每个光纤光栅传感器具有对应的监测区域，将多个光纤光栅传感器以及对应的监测区域映射在所述二维坐标系中；
分别获取二维坐标系中多个光纤光栅传感器的映射坐标位置以及映射监测区域；
累加多个映射监测区域的面积得到总面积，将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的X轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第一数值；将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的Y轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第二数值；
将第一数值除以总面积得到第三数值，将第二数值除以总面积得到第四数值，并将第三数值和第四数值分别作为多个光纤光栅传感器的聚类中心的X轴、Y轴坐标；
根据聚类中心选取最近的光纤光栅传感器为主光纤光栅传感器，并将剩余的光纤光栅传感器采集的应力值中转给所述主光纤光栅传感器；
由主光纤光栅传感器汇总全体光纤光栅传感器采集的应力值，并判断各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则基于对应目标节点的位置信息以及应力值生成报警信息，并通过网络上报给监测中心。
本方案中，在获取当前温度值对应的断裂应力之后，所述方法还包括：
分析出曲面铸钢件的腐蚀程度与断裂应力衰减量之间的第三对应关系，基于所述第三对应关系建立曲面铸钢件的断裂应力衰减模型；
基于刚性材料在空气中的腐蚀速度，建立铸钢件腐蚀模型；
获取曲面铸钢件投入施工或运营的使用时间，并将使用时间代入所述铸钢件腐蚀模型中，预测得到所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度；
将所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度输入至断裂应力衰减模型中，预测出断裂应力的衰减量；
将当前温度值对应的断裂应力减去断裂应力的衰减量，得到校正后的断裂应力。
本发明第二方面还提出一种曲面铸钢件的应变监测系统，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
本方案中，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
本方案中，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值
本发明第三方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被处理器执行时，实现如上述的一种曲面铸钢件的应变监测方法的步骤。
本发明提出的一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和计算机可读存储介质，能够精确选定合适的目标节点进行实时应变监测，实现对曲面铸钢件的准确监测预警，有效降低事故发生的风险。同时，本发明采用智能化监测手段，有效提升监测效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1示出了本发明一种曲面铸钢件的应变监测方法的流程图；
图2示出了本发明一种曲面铸钢件的应变监测系统的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
图1示出了本发明一种曲面铸钢件的应变监测方法的流程图。
如图1所示，本发明第一方面提出一种曲面铸钢件的应变监测方法，所述方法包括：
S102，基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
S104，按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
S106，在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
S108，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
S110，判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
可以理解，本发明通过建模分析，以获取曲面铸钢件的受力状况，然后各个节点的受力状况，提取出主要受力位置的目标节点，并对目标节点处的应力值进行实时监测，从而有效避免曲面铸钢件发生断裂的风险，杜绝安全事故的发生。
需要说明的是，曲面铸钢件的断裂应力为发生断裂时的应力极限值，通常情况下，断裂应力受到周围环境温度的影响，温度越低，则断裂应力值越小，通过温度感应器实时获取当前温度值，可以基于当前温度值推出对应的断裂应力，进而根据当前温度值对应的断裂应力来实现动态调控不同时段、不同温度情况下的监测过程。
需要说明是，本发明设定断裂应力的预设比例为界线值，可以理解，预设比例为大于0小于等于1的分数。通常，断裂应力的预设比例为接近断裂应力的值，优选的，预设比例的取值范围为0.7-0.9，但不限于此。
根据本发明的实施例，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
需要说明的是，光纤光栅传感器是通过外界物理参量对光纤布拉格波长的调制来获取传感信息。由于光纤光栅波长对温度与应变同时敏感，即温度与应变同时引起光纤光栅耦合波长移动，因此，本发明首先计算出曲面铸钢件在空载条件下当前温度值对光栅波长值，并将其作为补偿值，然后通过该补偿值对后续各个光纤光栅传感器测得的第二光栅波长值进行补偿，从而得到剔除温度对光栅波长的影响量，进一步提升后续应力值的监测准确度。
根据本发明的实施例，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值
需要说明的是，由于曲面铸钢件在施工和运营阶段，不同位置处的温度并不完全相同，因此本发明可以通过多个温度感应器来感测不同位置处的温度值。同时，通常情况下，为了节省成本，光纤光栅传感器的数量多于温度感应器的数量，因此，无法直接在目标节点设置与光纤光栅传感器同等数量的温度感应器，本发明则通过有限的温度感应器来感测不同位置处的温度值，并基于目标节点周围就近的温度感应器感测的温度值来推算出对应目标节点处的温度值，进而便于后续计算出光纤光栅传感器因温度因素而引起的光栅波长变化，从而有利于提升对曲面铸钢件应力值的感测准确度。
可以理解，距离目标节点越远，则温度感应器的温度值对目标节点的温度值影响权重越小，反之越近则影响权重越大。因此，基于距离的远近计算出各个有效温度感应器采集的温度值对该目标节点的温度值的影响权重为
可以理解，基于上述方式，计算出每个目标节点对应的温度值，然后基于计算出的温度值进行分析温度变化对光栅波长值的变化，并进行温度补偿，从而促使得每个目标节点均能计算得到较为准确的应力值，有效提升监测的准确度，降低了事故的风险。
根据本发明的实施例，在通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值之后，所述方法还包括：
从n个温度感应器中选定一个温度感应器，并将其采集的温度值分别与剩余的n-1个温度感应器采集的温度值逐一作差计算，得到n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
分别将n个温度感应器采集的温度值与剩余温度感应器采集的温度值逐一进行作差比对，得到基于每个温度感应器的n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
基于每个温度感应器判断每个差值的绝对值是否大于第一预设阈值，如果是，则标记对应的温度感应器为疑似异常一次；
统计每个温度感应器被标记为疑似异常的总次数，并判断总次数是否大于第二预设阈值；如果是，则判定对应的温度感应器为异常；
在分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器时，使有效的温度感应器不包括异常的温度感应器。
需要说明的是，在曲面铸钢件施工或运营阶段，容易收到外界环境的影响，例如火花溅到温度感应器上，从而导致温度感应器采集温度不准确的现象，为了避免类似现象的发生。本发明采用自主异常检测，并剔除异常的温度感应器采集的温度值，从而有效提升了目标节点的温度值的计算准确度。
可以理解，通常曲面铸钢件各个位置的温度值虽有不同，但整体温度相差不大。本发明通过设定第一预设阈值，将多个温度感应器采集的温度值进行作差，并将差值的绝对值与第一预设阈值进行比对，如果差值的绝对值大于第一预设阈值，则对应的温度传感器记录一次疑似异常，最终累计计算每个温度感应器的疑似异常的总次数，并认定总次数大于第二预设阈值的温度感应器为异常。在实际应用中，第二预设阈值基于n的值浮动变化，优选的，第二预设阈值为
但不限于此。
根据本发明的实施例，判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，具体包括：
建立二维坐标系，并使曲面铸钢件与监测中心之间的连线落入二维坐标系的平面上；
预设每个光纤光栅传感器具有对应的监测区域，将多个光纤光栅传感器以及对应的监测区域映射在所述二维坐标系中；
分别获取二维坐标系中多个光纤光栅传感器的映射坐标位置以及映射监测区域；
累加多个映射监测区域的面积得到总面积，将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的X轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第一数值；将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的Y轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第二数值；
将第一数值除以总面积得到第三数值，将第二数值除以总面积得到第四数值，并将第三数值和第四数值分别作为多个光纤光栅传感器的聚类中心的X轴、Y轴坐标；
根据聚类中心选取最近的光纤光栅传感器为主光纤光栅传感器，并将剩余的光纤光栅传感器采集的应力值中转给所述主光纤光栅传感器；
由主光纤光栅传感器汇总全体光纤光栅传感器采集的应力值，并判断各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则基于对应目标节点的位置信息以及应力值生成报警信息，并通过网络上报给监测中心。
需要说明的是，为了进一步节省全局光纤光栅传感器的能耗，本发明首先基于聚类方式选定主光纤光栅传感器，并将剩余光纤光栅传感器采集的应力值传送给主光纤光栅传感器，由主光纤光栅传感器进行裁定哪些目标节点的应力值异常，并基于应力值异常的目标节点生成报警信息，然后将报警信息上报给监测中心。如此一来，无需所有光纤光栅传感器对接监测中心，监测中心只需要接收有主光纤光栅传感器上报的信息即可实现对曲面铸钢件进行全局监测。
根据本发明的具体实施例，基于对应目标节点的位置信息以及应力值生成报警信息，并通过网络上报给监测中心，具体包括：
预设主光纤光栅传感器与监测中心预置有相同的hash算法，所述主光纤光栅传感器预置有自身的私钥以及监测中心的数字证书公钥，所述监测中心通过预置有自身的私钥以及主光纤光栅传感器的数字证书公钥；
由主光纤光栅传感器采用所述hash算法对报警信息进行摘要值计算，得到第一摘要值；
由主光纤光栅传感器采用监测中心的数字证书公钥对报警信息和对应的第一摘要值进行加密，得到密文数据；
由主光纤光栅传感器采用自身的私钥对密文数据进行签名，生成已签名的密文数据并通过网络上报给监测中心；
由监测中心采用主光纤光栅传感器的数字证书公钥进行解密验签，待验签通过后，采用自身的私钥对密文数据进行解密处理，得到报警信息和对应的第一摘要值；
由监测中心采用所述hash算法对接收到的报警信息进行摘要值计算，得到第二摘要值，比对第二摘要值是否与接收的第一摘要值相同，如果相同，则基于报警信息进行处理。
可以理解，本发明通过在主光纤光栅传感器与监测中心之间的网络链路中增设摘要值、签名、加密等安全机制，进一步确保上报给监测中心的数据完整性、完全性。
根据本发明的具体实施例，在将第三数值和第四数值分别作为多个光纤光栅传感器的聚类中心的X轴、Y轴坐标之后，所述方法还包括：
以聚类中心为圆点，以第三预设阈值为半径，作出预设圆；
获取圆内所有光纤光栅传感器，并获取每个光纤光栅传感器的剩余电量以及距离聚类中心的距离；
分别根据转换表将剩余电量与距离转化为影响选取主光纤光栅传感器的第一影响等级和第二影响等级；
将各个光纤光栅传感器的第一影响等级和第二影响等级进行累加，得到各个光纤光栅传感器的影响等级和；
比对各个光纤光栅传感器的影响等级和的大小，将影响等级和最大的光纤光栅传感器选定为主光纤光栅传感器。
需要说明的是，聚类中心并非完全对应在某光纤光栅传感器的所在位置，本发明可以从聚类中心附近的光纤光栅传感器基于剩余电量与距离的综合因素进行考量，选取合适的光纤光栅传感器为主光纤光栅传感器。从而使得选定的主光纤光栅传感器不仅满足充足的电量，而且还兼顾光纤光栅传感器之间的最优化传输路线。
根据本发明的实施例，在获取当前温度值对应的断裂应力之后，所述方法还包括：
分析出曲面铸钢件的腐蚀程度与断裂应力衰减量之间的第三对应关系，基于所述第三对应关系建立曲面铸钢件的断裂应力衰减模型；
基于刚性材料在空气中的腐蚀速度，建立铸钢件腐蚀模型；
获取曲面铸钢件投入施工或运营的使用时间，并将使用时间代入所述铸钢件腐蚀模型中，预测得到所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度；
将所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度输入至断裂应力衰减模型中，预测出断裂应力的衰减量；
将当前温度值对应的断裂应力减去断裂应力的衰减量，得到校正后的断裂应力。
需要说明的是，对于刚性材质的曲面铸钢件在外界环境中，容易发生腐蚀，而刚性材质的腐蚀情况也会对断裂应力造成衰减，即腐蚀越严重，曲面铸钢件越容易发生断裂。本发明通过铸钢件腐蚀模型预测出当前时间的曲面铸钢件的腐蚀程度，并结合断裂应力衰减模型进一步预测出断裂应力衰减量，并基于衰减量对当前温度值的断裂应力进行校正，最终得到校正后的断裂应力。之后，则判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的校正后的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。因此，本发明通过对断裂应力基于腐蚀程度进行校正，便于实现对多个目标节点的准确监测预警。
根据本发明的具体实施例，在预测得到所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度之后，所述方法还包括：
在预设区域范围内找出所有已超出所述使用时间的参考铸钢件，并获取每个参考铸钢件在前期相同使用时间的环境因素以及对应的真实腐蚀程度；
针对每个参考铸钢件在前期相同使用时间的环境因素进行特征计算，分别得到各自的第一特征值；
获取所述曲面铸钢件在所述使用时间的环境因素并进行特征计算，得到第二特征值；
对比每个参考铸钢件第一特征值与所述曲面铸钢件的第二特征值之间的差异值；
将差异值小于第四预设阈值的参考铸钢件加入修正数据库中；
由所述铸钢件腐蚀模型预测出所述修正数据库中每个参考铸钢件在前期相同使用时间的预测腐蚀程度；
分别将每个参考铸钢件的预测腐蚀程度与对应的真实腐蚀程度进行作差计算，得到对应的差值；
对所述修正数据库中所有参考铸钢件的预测腐蚀程度与真实腐蚀程度之间的差值进行累加，并计算出平均值作为修正值；
将所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度与所述修正值进行相加，得到所述曲面铸钢件修正后的腐蚀程度。
需要说明的是，铸钢件腐蚀模型通常在理想环境中预测出腐蚀程度，然而在不同的环境中，铸钢件的腐蚀速度不同，例如酸雨环境下，腐蚀速度较快。本发明通过选取预设区域范围内的参考铸钢件，并对参考铸钢件在相同使用时间内的环境因素进行特征分析，选取与曲面铸钢件在使用时间内环境因素较为相近的参考铸钢件加入修正数据库，然后对修正数据库中的各个参考铸钢件的预测腐蚀程度与对应的真实腐蚀程度进行对比分析，计算出修正值，最后基于修正值对所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度进行修正，进而得出较为准确的腐蚀程度。从而有利于后续对断裂应力的准确计算。
图2示出了本发明一种曲面铸钢件的应变监测系统的框图。
如图2所示，本发明第二方面还提出一种曲面铸钢件的应变监测系统2，包括存储器21和处理器22，所述存储器中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
根据本发明的实施例，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
根据本发明的实施例，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值
本发明第三方面还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被处理器执行时，实现如上述的一种曲面铸钢件的应变监测方法的步骤。
本发明提出的一种曲面铸钢件的应变监测方法、系统和计算机可读存储介质，能够精确选定合适的目标节点进行实时应变监测，实现对曲面铸钢件的准确监测预警，有效降低事故发生的风险。同时，本发明采用智能化监测手段，有效提升监测效率。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。
上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
或者，本发明上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，所述方法包括：
基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
2.根据权利要求1所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
3.根据权利要求1所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值。
4.根据权利要求3所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，在通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值之后，所述方法还包括：
从n个温度感应器中选定一个温度感应器，并将其采集的温度值分别与剩余的n-1个温度感应器采集的温度值逐一作差计算，得到n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
分别将n个温度感应器采集的温度值与剩余温度感应器采集的温度值逐一进行作差比对，得到基于每个温度感应器的n-1个差值，并分别对n-1个差值取绝对值；
基于每个温度感应器判断每个差值的绝对值是否大于第一预设阈值，如果是，则标记对应的温度感应器为疑似异常一次；
统计每个温度感应器被标记为疑似异常的总次数，并判断总次数是否大于第二预设阈值；如果是，则判定对应的温度感应器为异常；
在分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器时，使有效的温度感应器不包括异常的温度感应器。
5.根据权利要求1所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，具体包括：
建立二维坐标系，并使曲面铸钢件与监测中心之间的连线落入二维坐标系的平面上；
预设每个光纤光栅传感器具有对应的监测区域，将多个光纤光栅传感器以及对应的监测区域映射在所述二维坐标系中；
分别获取二维坐标系中多个光纤光栅传感器的映射坐标位置以及映射监测区域；
累加多个映射监测区域的面积得到总面积，将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的X轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第一数值；将每个映射监测区域的面积乘以对应光纤光栅传感器的映射坐标位置的Y轴坐标数据，并将各个乘积进行相加得到第二数值；
将第一数值除以总面积得到第三数值，将第二数值除以总面积得到第四数值，并将第三数值和第四数值分别作为多个光纤光栅传感器的聚类中心的X轴、Y轴坐标；
根据聚类中心选取最近的光纤光栅传感器为主光纤光栅传感器，并将剩余的光纤光栅传感器采集的应力值中转给所述主光纤光栅传感器；
由主光纤光栅传感器汇总全体光纤光栅传感器采集的应力值，并判断各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则基于对应目标节点的位置信息以及应力值生成报警信息，并通过网络上报给监测中心。
6.根据权利要求1所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法，其特征在于，在获取当前温度值对应的断裂应力之后，所述方法还包括：
分析出曲面铸钢件的腐蚀程度与断裂应力衰减量之间的第三对应关系，基于所述第三对应关系建立曲面铸钢件的断裂应力衰减模型；
基于刚性材料在空气中的腐蚀速度，建立铸钢件腐蚀模型；
获取曲面铸钢件投入施工或运营的使用时间，并将使用时间代入所述铸钢件腐蚀模型中，预测得到所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度；
将所述曲面铸钢件当前时间的腐蚀程度输入至断裂应力衰减模型中，预测出断裂应力的衰减量；
将当前温度值对应的断裂应力减去断裂应力的衰减量，得到校正后的断裂应力。
7.一种曲面铸钢件的应变监测系统，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：
基于曲面铸钢件的形状进行建模，分析在预设载荷下所述曲面铸钢件在不同节点的受力状况；
按照受力大小对各个节点进行排序，选取前预设比例的节点作为目标节点，并获取目标节点的位置信息；
在所述目标节点处分别置入对应的光纤光栅传感器，并由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值；
通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，并结合曲面铸钢件的断裂应力与温度之间的变化曲线，获取当前温度值对应的断裂应力；
判断当前时间的各个光纤光栅传感器监测获取的应力值是否有达到当前温度值对应的断裂应力的预置比例，如果有，则发出报警信息给监测中心，其中所述报警信息至少包括对应目标节点的位置信息以及应力值。
8.根据权利要求7所述的一种曲面铸钢件的应变监测系统，其特征在于，由所述光纤光栅传感器实时监测获取对应目标节点的应力值，具体包括：
在所述曲面铸钢件空载条件下，设定多个实验温度值，并通过温控装置将所述曲面铸钢件分别调控在不同的实验温度值；
在各个实验温度值下，由各个光纤光栅传感器获取自身的光栅波长值；
根据各个实验温度值和对应的光纤光栅波长值，分析出所述曲面铸钢件各个目标节点处的温度与光栅波长值之间的第一对应关系；
在预设载荷下，将当前温度值代入各个第一对应关系中，获取各个目标节点基于当前温度值的第一光栅波长值；
由各个光纤光栅传感器测量获取在预设载荷下，以及当前温度值时的第二光栅波长值，然后将各个目标节点的第二光栅波长值与对应的第一光栅波长值进行作差，得到补偿后的光栅波长值；
预设光栅波长值与应力值之间的第二对应关系，将补偿后的光栅波长值代入第二对应关系，计算获取各个目标节点校正后的应力值。
9.根据权利要求7所述的一种曲面铸钢件的应变监测系统，其特征在于，通过温度感应器采集曲面铸钢件的当前温度值，具体包括：
在所述曲面铸钢件的不同位置分别设置n个温度感应器；
通过n个温度感应器分别采集不同位置的温度值；
分别以每个目标节点为圆心，获取每个目标节点预设半径范围内所有的有效温度感应器；
预设某目标节点的有效温度感应器为k个，则获取k个温度感应器采集的温度值分别为T1，T2，T3，...，Tk；
分别计算获取该目标节点与k个温度感应器之间的距离为S1，S2，S3，...，Sk；
根据公式计算出所述曲面铸钢件在该目标节点处的温度值
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中包括一种曲面铸钢件的应变监测方法程序，所述曲面铸钢件的应变监测方法程序被处理器执行时，实现如权利要求1至6中任一项所述的一种曲面铸钢件的应变监测方法的步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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