[发明专利]一种球形内检测仪器的球面空间均匀有序布点方法

说明书

技术领域

本发明涉及球面空间的布点方法，尤其涉及一种球形内检测仪器的球面空间均匀有序布点方法。

背景技术

内检测技术是一种前沿且有效的检测物体或设备内部状况，以及时发现并解决问题、保障设备正常运行的检测技术。目前该类技术已应用于原油储罐、天然气管道、海底管道等设备的内检测。由于内检测具有相当技术难度，因此虽然其已得到大量研究，但实际上能够实现有效检测的装置和方法并不多，或价格昂贵，或应用存在各种困难。

球形内检测仪器是一种可用于设备内部检测的检测仪器，通过该仪器以及其上的检测传感器可以对设备(如管道、容器等)内部状况进行记录分析。通常情况下，检测都需要通过声、磁、光等媒介来发射和接收信息。若需要对设备内部进行全面检测，则可以通过在球形仪器的外表面(球面)上布置足够多且均匀分布的探头，以完整地探测周围的设备内部状况、获取设备内部状况信息数据。例如，对于光学检测，通过在球面均匀分布足够多的摄像探头等传感器，可实现设备内部的全景图像拍摄，则能对管道内部实施观察与检测。

球面上传感器等的布局是一种球面空间布点问题。目前已有的均匀布点方法虽能达到均布的效果，但是其分布无序，没有特定的布局层次和规律，若采用有序的、均匀的布点布局，则可以给球形内检测仪器的球面空间布点布局、球壳制造加工、编程应用以及维护保养等带来很大帮助，提高检测效率，增强检测效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种球形内检测仪器的球面空间均匀有序布点方法，以提高设计制造工作效率。

为解决该技术问题，本发明采取的技术方案包括以下内容：

一种球形内检测仪器的球面空间均匀有序布点方法，包括以下步骤：

(1)设置球心角角度偏差c并计算布点层数N_φ

设置球心角角度偏差c，单位为弧度(偏差c设置见步骤(3))。根据公式(1)计算布点层数N_φ的范围，将球面空间在仰角φ∈[0,π]范围平均分布N_φ层点，即均分为(N_φ-1)个部分，每部分所占仰角为

N_φ≥π/2c+1 (1)

(2)计算每层布点数N_θ

首先，球顶和球底两层各分布一个点，即球的上下顶点。其次，根据N_φ的范围选择某一整数N_φ(N_φ的选择见步骤(3))，除球顶和球底外，其余每层将平均分布N_θ个点。N_θ值按公式(2)和(3)计算后圆整得到，式中代表某一层布点的仰角；

当时，

当时，

(3)获得所有布点的球坐标以及总布点数

根据上述计算结果，取方位角为0度的球面经线，根据层数N_φ划分球面及该经线，并在该经线上每层布置一点；然后在每一层上，设已布置的那点为起点，沿该层纬线方向逆时针或者顺时针，按照每层计算出的相应点数N_θ平均布置，相邻两点之间的方位角为由此可获得所有布点的球面坐标即(其中r是球半径，θ为方位角)，则每层布点数相加即为总布点数N，任意相邻两点之间球心角范围在若实际情况对布点数有限制，则可根据步骤(2)重新选取N_φ范围内的具体层数N_φ进行计算，重复计算直至获得满足实际要求的总点数为止。若对球心角范围有要求，则可重新设置球心角偏差c并计算相应层数N_φ，从步骤(1)继续计算，直至获得满足要求的结果。

(4)根据点的布局设计制造球壳或球体结构

根据以上的布点布局，确定需要在球面上安装的传感器的定位中心，然后根据传感器的尺寸结构规格，对球壳或球体进行加工，即可制造出满足均匀有序布置传感器要求的球壳或球体。

本发明的有益效果在于：

采用本方法获得的球面空间上点的布局，除了具有和现有方法一样较好的均匀分布特性外，更具有层次感、有序性和规划性，对设计制造此类球体球壳过程中的布点定位和信息处理分析更加有利，也更为高效，能够提高该类球形结构设计加工制造的效率。

本发明提供的球形内检测仪器的球面空间均匀有序布点方法，不仅适用于在球形内检测仪器的球面空间上进行均匀、有序布点，也适用于其他需要在其球面上均匀、有序布点的球形物体或球面空间。

附图说明