形状记忆合金细长柔杆空间形状位置测量方法．

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1、第33卷第1期力学季刊Vo1．33No．12012年3月CHINESEQUARTERLYOFMECHANICSMarch2012形状记忆合金细长柔杆空间形状位置测量方法张伦伟，韦海峰，郑庆华，杨国标(1．同济大学航空航天与力学学院200092；2．中联重科股份有限公司410013)摘要：针对形状记忆合金细长柔杆智能结构的形状、位置动态检测中存在的问题，设计了微小尺寸的光纤光栅形状、位置传感网络和相关的封装工艺，利用基于离散点空间曲率信息的曲线重建算法，在一端点位置和姿态已知的情况下，研究了具备超弹性的细长形状记忆合金柔

2、杆形状及位置动态测量方法。提出了基于曲率感知网络的形状记忆合金细长柔杆位置检测的误差定义、误差组成及减少误差的方法；利用自动渐进推进装置设计了新型的精度实验系统，克服了传感网络设计和封装的实验局限，分析了传感网络密度对形状、位置测量精度的影响，为进一步进行传感网络优化提供了实验依据。关键词：形状记忆合金；柔性杆；光纤光栅；曲率；形状；位置；误差中图分类号：TH776文献标志码：A文章编号：0254．0053(2012)01．100—6ResearchonSpatialShapeandOrientationDetecti

3、onofaFlexibleShapeMemoryAlloyRodZ_~'LNGLun—wei，WEIHa1．feng，ZHENGQing-hua。，YANGGuo—biao(1．TongjiUniversity，Shanghai200092，China；2．ZoomlionHeavyIndustryScienceandTechnologyCo．，Ltd．Changsha410013，China)Abstract：Toprovideasteadysensingsystemforthespatialshapeandorie

4、ntationdetectionofaflexibleShapeMemoryAlloy(SMA)rodwithoneendfixed，adistributeFiberBraggGrating(FBG)sensorysys—ternwasproposed．TheprincipleandfabricationmethodoftheFBGsensornetworkswiththeabilitytoworkunderelectromagneticdisturbancewerediscussedtorealizereal—tim

5、espatialshapeandorientationdetection．Systemicconfigureandtheexperimentalresultsweregiven．Thedefinitionandcomponentsoftheshape／orientationdetectionerrorandthecontributionofeacherrorcomponentwerestudiedbasedonsimulationandexperimentalresults．Themethodstoimprovethe

6、precisionofspatialshapeandorientationsensorysystemwerealsodiscussed．Keywords：shapememoryalloy；flexiblerod；fiberBragggrating；curvature；shape；orientation；erroranalysis形状记忆合金(SMA)以其独特的超弹性效应(线性超弹性应变量可以达到4％)和形状记忆效应，以及优良的力学性能和生物相容性，在智能材料和结构的研究中得到广泛的应用。SMA细长超弹柔杆具有结构轻、载

7、重／自重比高等特性，因而具有低能耗、柔性操作和较高的效率等潜在优点，在航空航天工业、工程机械、岩土变形监测等应用领域受到广泛关注。由于SMA超弹柔杆在应用中自身常常会产生空间大变形，其空间形状和位置信息较难实时获取，对基于SMA的智能结构的精确定位及控制优化提出了较大的挑战。目前，SMA细长超弹柔杆实时形状位置信息的测量方式一般可分为接触测量和非接触测量两种。其收稿日期：2011．12．15日基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金国际合作预研项目1330219113作者简介：张伦伟(1976-)，男，山东莱西人，讲师

8、，博士．研究方向：智能结构，结构健康监测．E—mail：1wzhang@tongji．edu．cn第1期张伦伟，等：形状记忆合金细长柔杆空间形状位置测量方法中非接触测量方式主要包括光测法和声法卅]，具有三维动态测量、定位精度较高、非接触测量等优点；但该类方法处理的数据量大，对测量环境要求较严格。接触式形状、位置测量主要通过封装在柔