本发明专利技术提供一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，所述天线的副反射面的每个支撑腿上布置有多组光纤光栅传感器和多个温度传感器。本发明专利技术还提供一种天线副反射面支撑腿变形在线测量方法。本发明专利技术的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置针对光纤光栅传感器测量的应变既含有温度影响又含有应力影响的问题，提出通过使用应变传感器来补偿应变误差，实现了全天候下反射面副反射面支撑位置的是实时测量。
【技术实现步骤摘要】
一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置及测量方法
本领域属于天线结构领域，具体涉及一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置及测量方法。
技术介绍
如图1所示为现有的射电望远镜天线的结构，现有的射电望远镜天线200的副反射面201通过四根均匀排布于主反射面202的圆周上的四个撑腿203与主反射面202连接，对于大口径的射电望远镜天线100而言，由于撑腿203变长，其与副反射面201的组合结构刚度下降，天线在观测时撑腿组合结构除了受重力影响外极易受环境载荷影响，从而导致副反射面201的位姿发生变化，进而影响天线指向精度和效率，尤其对于高频段天线而言。为了获得副反射面201的位姿变化对天线性能的影响关系，为天线的副反射面201的调整、性能补偿提供有效输入，首先需要实时获得副反射面201的位姿变化信息。对大型天线结构的变形测量，目前均采用非接触测量(摄影近场测量、激光跟踪仪、全站仪等)在傍晚日落时对天线反射面仅由重力引起的结构系统变形进行测量，建立结构重力变形离线表，通过查表法对结构变形对天线系统的影响进行补偿。由于大型天线结构位置高、测量面积大，非接触测量周期长、使用额外设备(如吊车)、且受外界环境光影响较大，因此，变形测量不能做到对天线副反射面位姿进行全天候实时跟踪测量，往往只能在傍晚日落时，外界环境光影响较小时，才能对天线反射面仅由重力引起的结构系统变形进行测量。而对于由温度引起的天线结构随机变形，由于其一般发生在受外界环境光影响较大的白天，所以不能测量。因此，射电望远镜高频段工作时间每天仅约4个小时，如果遇到下雨、刮风等恶劣气候，则进一步缩减其工作时间。据报道，国外110米射电望远镜最高工作频段时间一年加起来总计约15天。光纤光栅传感器因其体积小、质量轻、易于埋设、不受电磁等外界环境干扰(一方面传感器本身不受外界电磁环境影响，另一方面也不会对外界产生电磁干扰，故特别适用于天线结构测量)的特点，因此是天线结构变形应变采集的理想传感器。由于光纤光栅受应力、应变或温度的影响时,其反射波长都要发生相应变化，因此，采用现有技术通过光栅传感器对结构形变进行测量时，温度变化引起的光纤光栅波长变化将会与结构变形造成的应变耦合在一起，影响了传感器对于结构变形引起的应变值进行准确测量，进而影响对结构变形的位移值的测量，无法实现对天线副反射面支撑腿变形的全天候实时测量。因此，如何实现对天线副反射面支撑腿变形进行全天候实时测量成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种利用光纤光栅应变传感器的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置及测量方法，以避免温度对光纤光栅应变传感器测量的影响，实时确定天线副反射面支撑腿变形。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，所述天线的副反射面的每个支撑腿上布置有多组光纤光栅传感器和多个温度传感器。多组光纤光栅传感器分别沿支撑腿的轴向离散分布，且分别沿所述支撑腿的外表面周向对称离散分布。每个支撑腿均包括多个均分的单元。每个单元的长度为1米到2米。所述每个支撑腿的每个单元上的光纤光栅传感器的数量为2-7组，且每组光纤光栅传感器的数量为3个，每个支撑腿的每个单元上的温度传感器的数量为2-7个。所述光纤光栅传感器和温度传感器均采用环氧树脂胶水黏贴固定在支撑腿的表面上。另一方面，本专利技术还提供一种天线副反射面支撑腿变形在线测量方法，其特征在于，包括：S1：利用高低温箱标校出温度对光纤光栅传感器的应变量测量值的影响；S2：在每个支撑腿上布置多个温度传感器，由温度传感器在深夜得到支撑腿的初始局部温度T0，在一定间隔时间后，由温度传感器得到支撑腿的当前局部温度T，从而获得温度变化值T-T0；S3，在每个支撑腿上沿轴向布置多组光纤光栅传感器，每一组光纤光栅传感器分别沿所述支撑腿的外表面周向对称且离散分布，由各个光纤光栅传感器分别测得支撑腿在各测量节点处的表面应变量测量值U；S4：通过步骤S1的影响关系表，得到应变量测量值的误差值与温度变化量的关系C，将所述步骤S3中的在各测量节点处的表面应变量测量值U分别扣除测量节点附近的温度对所述应变量测量值U的影响，获得经过初步温度补偿后的表面应变量第一修正值U1；S5：使用一接触式温度表精确测量出在测量节点处的温度，获得不含温度影响的表面应变量真实值ue1，并根据该表面应变量真实值ue1和步骤S4所述的表面应变量第一修正值U1构建自构架区间二型模糊神经网络；S6：将步骤S4所述的表面应变量第一修正值带入步骤S5所述的区间二型模糊神经网络，得到的表面应变量第二修正值ue作为支撑腿光纤光栅应变传感器不含温度影响的表面应变；S7：通过步骤S6所述的不含温度影响的表面应变获得拉伸、弯曲、剪切和扭转引起的支撑腿截面应变；S8：根据撑腿的边界约束特点建立变形位移场形函数，并根据位移场形函数和步骤S7所述的支撑腿截面应变得到支撑腿的单元节点位移。其中，所述步骤S1包括：将光纤光栅应变传感器放置在高低温箱中，获得在实际应变量不变时，温度对光栅应变传感器测得的应变量测量值的偏差的影响关系，并建立温度和应变量测量值的偏差的影响关系表。在所述步骤S2中，所述初始局部温度T0为-10度到0度，所述间隔时间至少为一个小时。优选地，所述表面应变量第一修正值U1为：U1＝U-C*(T-T0)，其中，U是光纤光栅应变传感器测得的表面应变量测量值，单位为με，T0是指离该应变量第一修正值U1对应的测量节点最近的温度传感器的初始温度，单位为摄氏度；T是指离该应变量第一修正值U1对应的测量节点最近的温度传感器的当前温度，单位为摄氏度；C是应变量测量值的误差值与温度变化量的关系，单位为με/摄氏度。其中，所述步骤S5包括:步骤S51：输入在每个测量节点处的表面应变量第一修正值U1作为每个节点的输入变量xj；步骤S52：对输入变量xj进行模糊化，每个节点的输入变量xj均定义一个区间二型模糊集合，作为首条模糊规则；步骤S53：判断是否需要生成新的模糊规则；步骤S54：根据步骤S53的判断结果确定需要生成的新的二型模糊规则的高斯隶属函数的不确定均值和宽度，并根据新的规则二型模糊将每个测量节点处的输入变量xj模糊；步骤S55：利用梯度下降法,更新规则的前件参数；步骤S56：利用Karnik_Mendel迭代算法来计算左、右边界输出yl、yr的值，并利用有序规则卡尔曼滤波算法，更新后件参数的左、右边界输出yl、yr和解模糊输出值y；步骤S57：将步骤S56计算出的解模糊输出值y作为表面应变量第二修正值ue，并使用一接触式温度表测量出在测量节点处的温度，获得表面应变量真实值ue1，将所述表面应变量第二修正值ue与所述表面应变量真实值ue1对比，当偏差较大时，重复步骤S51-S56依次生成新的模糊规则和模糊集合，直到偏差小于一预设值，该预设值为0.1με到2με，区间二型模糊神经网络构建完成。其中，所述步骤S7包括：步骤S71：以一阶剪切变形理论为基础，建立支撑腿单元内部位移场；步骤S72：根据小变形假设，由支撑腿单元内部位移场得到应变场，建立单元表面应变与截面应变的关系式。步骤S73：由步骤S72的单元表面应变与截面应变的关系式以及步骤S6所述的不含温度影响的表面应变得到实本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，所述天线的副反射面的每个支撑腿(3)上布置有多组光纤光栅传感器(31)和多个温度传感器(32)。
【技术特征摘要】
1.一种天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，所述天线的副反射面的每个支撑腿(3)上布置有多组光纤光栅传感器(31)和多个温度传感器(32)。2.根据权利要求1所述的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，多组光纤光栅传感器(31)分别沿支撑腿的轴向离散分布，且分别沿所述支撑腿(3)的外表面周向对称离散分布。3.根据权利要求1所述的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，每个支撑腿(3)均包括多个均分的单元，每个单元的长度为1米到2米。4.根据权利要求3所述的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，所述每个支撑腿(3)的每个单元上的光纤光栅传感器(31)的数量为2-7组，且每组光纤光栅传感器(31)的数量为3个，每个支撑腿(3)的每个单元上的温度传感器(32)的数量为2-7个。5.根据权利要求1所述的天线副反射面支撑腿变形在线测量装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器(31)和温度传感器(32)均采用环氧树脂胶水黏贴固定在支撑腿(3)的表面上。6.一种天线副反射面支撑腿变形在线测量方法，其特征在于，包括：步骤S1：利用高低温箱标校出温度对光纤光栅传感器(31)的应变量测量值的影响；步骤S2：在每个支撑腿(3)上布置多个温度传感器(32)，由温度传感器(32)在深夜得到支撑腿(3)的初始局部温度T0，在一定间隔时间后，由温度传感器得到支撑腿(3)的当前局部温度T，从而获得温度变化值T-T0；步骤S3，在每个支撑腿(3)上沿轴向布置多组光纤光栅传感器(31)，每一组光纤光栅传感器(32)分别沿所述支撑腿(3)的外表面周向对称且离散分布，由各个光纤光栅传感器(31)分别测得支撑腿(3)在各测量节点处的表面应变量测量值U；步骤S4：通过步骤S1的影响关系表，得到应变量测量值的误差值与温度变化量的关系C，将所述步骤S3中的在各测量节点处的表面应变量测量值U分别扣除测量节点附近的温度对所述应变量测量值U的影响，获得经过初步温度补偿后的表面应变量第一修正值U1；步骤S5：使用一接触式温度表精确测量出在测量节点处的温度，获得不含温度影响的表面应变量真实值ue1，并根据该表面应变量真实值ue1和步骤S4所述的表面应变量第一修正值U1构建自构架区间二型模糊神经网络；步骤S6：将步骤S4所述的表面应变量第一修正值带入步骤S5所述的区间二型模糊神经网络，得到的表面应变量第二修正值ue作为支撑腿光纤光栅应变传感器不含温度影响的表面应变；步骤S7：通过步骤S6所述的不含温度影响的表面应变获得拉伸、弯曲、剪切和扭转引起的支撑...
【专利技术属性】
技术研发人员：许谦，李琳，保宏，易乐天，薛飞，侯晓拯，王惠，项斌斌，王娜，
申请(专利权)人：中国科学院新疆天文台，
类型：发明
国别省市：新疆,65
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