[发明专利]一种水工钢闸门传感器布置方法

说明书

本发明提供一种水工钢闸门传感器布置方法，包括步骤：将水工钢闸门的三维有限元几何模型离散为有限单元体；确定各有限单元体结构的干模态方程或者湿模态方程，并求得各固有频率与固有振型矩阵；根据Fisher信息矩阵2‑范数变化率准则，确定模态阶数；根据有效独立原则，确定各有限单元体结构的初步优化传感器数量、初步优化传感器与初步优化监测点；根据修正模态保证准则，从初步优化传感器中确定最终优化传感器、最终优化监测点；各有限单元体结构的最终优化传感器与最终优化监测点共同组成了水工钢闸门的最优传感器及其最优监测点。本发明所述水工钢闸门传感器布置方法具有识别精度高、经济性好等特点，可应用于多传感器监测领域。

技术领域

本发明涉及传感器布置技术，特别是涉及一种水工钢闸门传感器布置方法。

背景技术

对于水工钢闸门的远程运行维护，需要先确定传感器监测点位置。实际工作中，由于水工钢闸门的传感器布置方式通常依赖于人工经验，具有一定的经验性、随机性，故水工钢闸门的传感器布置方式存在精确度低、智能性差等问题。另一方面，从工程经济的角度而言，应尽可能减少传感器的布置；但是，过少的或不适当的传感器布置方式均会导致传感器识别的精度降低的问题。由此可知，水工钢闸门的传感器优化布置方法具有十分重要的现实意义。

目前，水工钢闸门的传感器布置方法包括：第一，采用模态置信准则(MAC)、模态动能法(MKE)或有效独立法(EI)等布置准则；第二，通过目标函数与评价指标对已有的传感器布置方案进行分析，采用逐次累加/删除法(SSP)、遗传算法(GA)或者粒子群算法(PSO)等方法，以得到传感器优化布置结果。上述方法均是针对水工钢闸门的结构本身进行的传感器优化布置。实际工程中，由于水工钢闸门受水流作用的影响，其所受边界条件复杂，因而水工钢闸门传感器布置方法的识别精度仍然有待提高。

在现有技术中，水工钢闸门的传感器布置方法尚存在识别精度低、经济性差等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种识别精度高、经济性好的水工钢闸门传感器布置方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种水工钢闸门传感器布置方法，其特征在于，所述传感器布置方法包括如下步骤：

步骤1、在水工钢闸门的固有频率与固有振型保持不变的前提下，采用三维建模软件，根据水工钢闸门的实际尺寸建立其三维有限元几何模型，并将该三维有限元几何模型离散为5000个以上的有限单元体。

步骤2、根据水工钢闸门所处的干模态环境或湿模态环境，确定各有限单元体结构的干模态方程：求得各有限单元体结构在干模态下的第i阶固有频率ω_i、各有限单元体结构在干模态下的第i阶振型矩阵Φ_i；进而，得到各有限单元体结构的固有频率与固有振型矩阵其中，模态阶数i为自然数；

或者，确定各有限单元体结构的湿模态方程：求得各有限单元体结构在湿模态下的第i阶固有频率ω′_i、各有限单元体结构在湿模态下的第i阶振型矩阵Φ′_i；进而，得到各有限单元体结构的固有频率与固有振型矩阵

步骤3、根据Fisher信息矩阵2-范数变化率准则，确定模态阶数i。

步骤4、根据有效独立原则，确定各有限单元体结构的初步优化传感器数量、初步优化传感器与初步优化监测点。

步骤5、根据修正模态保证准则，从初步优化传感器中确定各有限单元体结构的最终优化传感器，最终优化传感器对应的监测点为最终优化监测点。

步骤6、各有限单元体结构的最终优化传感器与最终优化监测点共同组成了水工钢闸门的最优传感器及其最优监测点。