本發明涉及一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的方法、裝置、終端及介質，屬于結構健康監測領域。

背景技術：

1、彎矩傳感器是一種用于測量物體在受力狀態下產生的彎矩大小的設備。它通過感知物體的彎曲程度來判斷施加在物體上的彎矩(即力矩)。這種傳感器廣泛應用于工程、結構健康監測(shm)、自動化控制和機械設備中，以確保物體在工作過程中不會超過其承載能力，避免損壞或故障。彎矩傳感器的標定校準是確保其準確測量彎矩或力的關鍵步驟。通過標定，可以消除傳感器誤差、偏差，并確保其輸出信號與實際施加的彎矩或力之間的線性關系。為了進行標定校準，通常需要使用專門的標定校準裝置，這些裝置可以模擬真實工況，精確地施加已知的彎矩或力，進而測量傳感器的輸出信號。

2、彎矩傳感器的標定通常依賴于精確施加已知彎矩或力的設備。常見的標定校準裝置包括：力矩標準臺(力矩發生器)、標準砝碼和杠桿系統、電子測力計與加載平臺及轉臺和傳感器集成系統。長基線彎矩傳感器是一種將彎矩載荷轉化為位移量的彎矩傳感器，其作為新式發明還需要配備專門的標定校準裝置，裝置亦需要同時滿足靜態加載和動態加載標定及校準，且為滿足波浪實況驗證，亦需要平臺具有相應的模擬功能。

技術實現思路

1、本發明提出了一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的方法、裝置、終端及介質，以解決現有技術中長基線彎矩傳感器在標定過程中精度不足、校準操作復雜且缺乏通用性、驗證時難以精準模擬實際工況，導致測量結果可靠性低、裝置操作不便、效率低下以及難以適應不同工作環境和應用場景的問題。

2、一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置，所述標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置包括固定平臺、千分儀、長基線彎矩傳感器、驅動裝置和終端與介質，所述固定平臺包括移動端和固定端，

3、長基線彎矩傳感器的兩端分別與移動端和固定端固定連接，所述千分儀的一側為螺紋桿，所述螺紋桿與所述移動端螺紋連接，所述千分儀的另一側設有傳動齒，驅動裝置與所述傳動齒嚙合連接，終端與介質信號輸入端與長基線彎矩傳感器信號輸出端連接。

4、進一步的，所述固定平臺的移動端包括固定平臺底板和定平臺頂板，固定平臺底板固定在固定平面上，固定平臺底板的兩個短邊上方均設有滑軌裝置，固定平臺頂板的兩個短邊下方均設有與所述滑軌裝置相匹配的滑塊裝置，固定平臺頂板和固定平臺底板通過滑軌裝置和滑塊裝置的匹配滑動連接，所述固定平臺頂板的下表面設有螺紋孔，所述螺紋孔與螺紋桿螺接，所述固定平臺底板沿長邊一側設有一固定圓盤，所述固定圓盤內側設有周向的滑軌；

5、所述固定平臺的固定端包括固定平臺尾板，所述固定平臺尾板包括頂板和底板，其中，所述頂板蓋合在底板上，且所述頂板與固定平臺頂板的高度齊平，所述底板和固定平臺底板的高度齊平。

6、進一步的，所述固定平臺頂板和固定平臺尾板的頂板上表面上均設有多個用于安裝長基線彎矩傳感器的小平臺。

7、進一步的，所述千分儀包括千分儀本體、螺紋桿和傳動齒，所述螺紋桿和傳動齒分別位于千分儀本體兩側且同軸，千分儀一側的螺紋桿穿過固定平臺底板一側的固定圓盤，在保持千分儀自由轉動的基礎上安裝在固定圓盤的一側。

8、進一步的，所述驅動裝置為手搖輪，所述手搖輪的中心與傳動齒嚙合連接；

9、或，所述驅動裝置包括伺服電機、驅動器和傳動軸，終端與介質的信號輸出端與驅動器的信號輸入端連接，驅動器的信號輸出端與伺服電機的信號輸入端連接，伺服電機通過傳動軸帶動千分儀轉動，傳動軸的兩端分別與伺服電機的輸出軸和傳動齒嚙合連接。

10、一種長基線彎矩傳感器的前期標定方法，應用于上述的一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置，其特征在于，所述長基線彎矩傳感器的前期標定方法包括以下步驟：

11、s1、長基線彎矩傳感器主體為光纖光柵傳感器，影響光柵變量的物理量有應力、應變和溫度，且應變和溫度的變量與光柵波長變量δλ為線性關系，在測試前需提前標定它們之間的系數k，同時對傳感器光柵波長λ、應變和溫度的初值進行標定，隨后在傳感器工作中，光柵波長λ隨應變以及溫度產生差值，物理量計算方式如下：

12、

13、其中

14、λd為測試應變時對應的光柵波長；

15、為標定應變時對應的光柵波長；

16、λt為測試溫度時對應的光柵波長；

17、為標定溫度時對應的光柵波長；

18、k為位移系數；

19、s2、通過千分儀提取長基線彎矩傳感器位移感應處位移變量δε以及對應光柵波長變量δλ，從而標定位移系數k，其關系表示為：

20、

21、由此完成長基線彎矩傳感器的前期標定。

22、一種長基線彎矩傳感器的精度校準方法，應用于上述的一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置，其特征在于，所述長基線彎矩傳感器的精度校準方法包括以下步驟：

23、s1、調整長基線彎矩傳感器位移感應端內部的彈簧裝置，使其處于自然狀態，并再次確認彈簧狀態正常且無額外應力影響，記錄此時傳感器所處環境的溫度，作為后續數據處理和校準的基礎溫度值，根據此溫度值對傳感器進行歸零處理，消除溫度因素對初始測量的潛在影響；

24、s2、使用千分儀對長基線彎矩傳感器位移感應處進行精確測量，獲取長基線彎矩傳感器位移感應處位移變量δε，并同時記錄對應時刻傳感器內設光柵波長變量δλ；

25、s3、根據所述長基線彎矩傳感器位移感應處位移變量δε和長基線彎矩傳感器位移感應端實際位移量δεs之間的差異，計算校核的誤差δ，校核的誤差δ表示為：

26、δ＝δε-δεs；

27、s4、使用校核的誤差δ評定所述標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置的示值誤差，給千分儀的標尺上的標記賦值，從而完成校準。

28、一種長基線彎矩傳感器的波浪彎矩實況模擬驗證方法，應用于上述的一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的裝置，其特征在于，所述長基線彎矩傳感器的波浪彎矩實況模擬驗證方法包括以下步驟：

29、s1、確定模擬的波浪函數，波浪函數sξ(ω)表示為：

30、

31、其中，ω為波浪周期，h1/3為有義波高，為平均波周期；

32、s2、考慮到長基線彎矩傳感器主要監測船體總縱彎矩，將被檢測處傳感器兩點之間簡化為梁結構，把復雜波浪函數轉化為適合傳感器監測的形式，即：

33、x(t)＝acos(ωlt+φ)；

34、其中ωl與波浪函數sξ(ω)內的波浪周期ω相等，有義波高h1/3影響板架結構彎矩幅度，而已知長基線彎矩傳感器將船體受到的總縱彎矩轉化為水平位移量δε，即用簡諧運動的幅值a代替波浪函數sξ(ω)中的有義波高h1/3，平均波周期為記錄波浪的一個完整周期的特定值，不做考慮，

35、由此將較復雜波浪函數sξ(ω)轉化為驅動函數s(ω)：

36、s(ω)＝a·g(ω)

37、其中，ω為波浪周期，a為波高系數，g(·)為波浪周期轉換函數；

38、s3、將裝置的千分儀驅動由伺服電機代替，終端與介質通過驅動器控制伺服電機按照所述驅動函數s(ω)規律運動，使固定平臺頂板按照模擬波浪的要求進行橫向移動，以產生相應的彎矩變化，模擬實際的波浪彎矩作用于傳感器的情況；

39、s4、在伺服電機驅動模擬波浪彎矩的過程中，終端與介質記錄長基線彎矩傳感器產生的數據，并與相應的理論值相對比，判斷長基線彎矩傳感器是否滿足實際應用的精度要求。

40、一種存儲介質，該存儲介質上儲存有計算機程序，所述計算機程序被處理器執行時實現上述任一項方法。

41、一種終端，其特征在于，包括：存儲器、處理器及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述程序，以實現權利上述任一項方法。

42、本發明的有益效果：本發明所述的一種標定、校準及驗證長基線彎矩傳感器的方法、裝置、終端及介質，不同的是由于長基線彎矩傳感器自身可將彎矩識別轉化為短距離位移識別，裝置可實現高精度的水平位移，通過調節千分儀，可以產生不同大小的位移，即代替不同大小的彎矩，適合對長基線彎矩傳感器進行精確標定及校準。同時，配備伺服電機及驅動器，可以模擬實測海況下長基線彎矩傳感器的位移感應端的運動，連接的終端及介質可以控制伺服電機以規則波或不規則波等多海況模式運動，并記錄長基線彎矩傳感器的位移感應端位移量δε以及內設光柵波長δλ變化量等相關參數變化量。伺服電機驅動下可以滿足長時間校核，實現儀器強度以及疲勞驗證，優化并提高傳感器的出廠精度，提高傳感器質量。