山东大学蔡玉奎获国家专利权
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龙图腾网获悉山东大学申请的专利用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN121595021B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-03-31发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202610113257.0,技术领域涉及:G01H17/00;该发明授权用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法是由蔡玉奎;贾继光;梁晓亮;唐昀青;李星;陈龙;王红新;王继来;李取浩设计研发完成,并于2026-01-28向国家知识产权局提交的专利申请。
本用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法在说明书摘要公布了:本发明涉及结构健康监测领域,具体涉及用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法。针对三轴传感器各方向间的信息耦合特性,构建基于三轴信息矩阵差异度的冗余评价指标,对最小初始测点集合进行筛选,剔除信息贡献重复的测点,形成非冗余候选测点集合;基于非冗余候选测点集合,采用前向贪心选择算法对传感器数量与位置进行迭代优化,选择使边际增益最大的未测冗余测点加入优化集合,确保在迭代初期有效去除冗余,并在后期适度放宽冗余度,减少对目标结构先验知识的依赖;采用随传感器数量变化的目标函数值作为不确定度曲线,结合拐点判据与平台判据确定传感器数量的最优临界值。
本发明授权用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法在权利要求书中公布了:1.用于结构响应重构的三轴传感器数量与位置优化方法,其特征在于,包括以下步骤: S1:获取候选点,记录每个候选测点的坐标、方向以及可布置性信息,建立候选测点库;获取或计算结构的目标模态数据,构建模态矩阵; S2:对构建的模态矩阵进行预处理,得到预处理数据集; S3:基于预处理后的数据集,以保证模态矩阵满足列满秩和可逆性约束为准则,基于结构可观测性理论,生成满足系统能观性要求的最小初始测点集合; S4:针对三轴传感器各方向间的信息耦合特性,构建基于三轴信息矩阵差异度的冗余评价指标,其用于表征任意两个候选测点的信息冗余程度,对候选测点集进行筛选,剔除信息贡献重复的测点,形成非冗余候选测点集合,包括: 基于预处理后的模态矩阵构造每个候选测点的三轴信息矩阵,包括:基于预处理后的模态矩阵,计算候选测点的三轴振型子矩阵;对于候选测点,计算其三轴振型子矩阵与其转置的外积,得到候选测点的三轴信息矩阵; 基于三轴信息矩阵,构建基于三轴信息矩阵差异度的冗余评价指标,其用于表征任意两个候选测点的信息冗余程度; 基于信息冗余程度对候选测点集进行筛选,剔除信息贡献重复的测点; 计算加入候选测点后的候选测点集合的最小互补度,并生成动态阈值,剔除互补度低于动态阈值的候选测点,以此得到非冗余候选测点集合,包括:对于每一个加入候选测点集合的候选测点,计算加入候选测点后的非冗余候选测点集合的最小互补度;计算得到所有候选测点对应的最小互补度,并计算其25%分位数,得到动态阈值;将加入候选测点后的候选测点集合的最小互补度与动态阈值进行比较,若加入候选测点后的候选测点集合的最小互补度大于等于动态阈值,则此候选测点保留,否则剔除,以此得到非冗余候选测点集合; S5:采用前向贪心选择算法对传感器数量与位置进行迭代优化,以最小未测自由度的响应重构误差为目标函数,从非冗余候选集中选择候选测点,计算每一候选测点加入最小初始测点集合后的目标函数值,选择使边际增益最大的候选测点加入优化集合; S6:采用随传感器数量变化的目标函数值作不确定度曲线,结合拐点判据与平台判据确定传感器数量的最优临界值,包括: 初始化传感器数量,设定目标阈值、平台阈值、确认步数、最大测点数量;采用随传感器数量变化的目标函数值作不确定度曲线; 基于不确定度曲线,计算边际收益; 通过计算边际收益的二阶差分来寻找拐点,并基于边际收益,计算相对边际收益变化; 若目标函数值小于等于目标阈值,或连续次相对边际收益变化小于等于平台阈值时,认为进入平台,或传感器数量达到最大测点数量,则停止迭代; 输出满足停止条件时的传感器数量作为最优临界值; S7:获得优化后的传感器数量、测点位置,生成可供工程直接采用的安装定位与布线清单。
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