本发明涉及检测技术，具体涉及检测三维外壳（）的状态方法。 被检测的三维外壳可以是：例如，建筑物的屋顶;机器、飞机、船舶、气球等的壳体;水电站水坝的表面;天线反射幕和射电望远镜反射镜;矿山勘探巷道表面;以及人造人体器官。
本发明可用于许多必须对三维外壳状态进行检测的科学技术部门和工业生产领域。
下述情况最适合采用本发明：
在施工和使用中的楼房、建筑物及有专门用途的薄壳式建筑结构的情况下;
在机械制造业、汽车制造业、造船业和飞机制造业中，在外壳的制造、试验以及使用时，用来检测外壳地应变状态;
在采矿业和地质研究中，用来检测采矿巷道和矿井表面的几何形状;
在医学中，用来检测薄壳式人造器官的状态;
在无线电定位和通讯中，用来检测天线的几何表面。
用以检测三维的圆筒形薄壳状态的已知方法，例如检测海上钻探使用的分水塔的方法，已在（AEG-Telefunken，BRD，“Position measuring systemfer offshore Installations”，“System design and mathematical deseriptien”，1980，10P.）文中公开。
已知的方法包括：选择用以感受被测参量变化的敏感元件，这些参量包括表征三维外壳状态的几何表面;选择载有被检测参量变化信息的波能传输延伸线;把被选择的敏感元件和波能传输延伸线结合在一起;把结合在一起的敏感元件和波能传输延伸线路沿给定坐标设置在检测区内，被检测的表征三维外壳状态的参量在上述给定坐标上变化;形成按时间调制的基准信号，并使其到达波能传输延伸线的输入端，上述基准信号是在沿该线路传输过程中根据被检测的表征三维外壳状态的参量的变化而转换成的;在波能传输延伸线的输出端，测量转换为基准信号的参量，并根据转换为基准信号的被测参量，确定三维外壳在给定坐标上的力学状态特性和被检测参量在上述给定坐标上的变化。已知的最具体的工序在Telefunken通用电气公司按下列方式进行深入研究。
在已知的方法中，作为表征三维外壳-分水塔的状态的被检测参量是利用这个塔的轴线相对于垂直线的倾角和分水塔的上部和下部沿水平面的扭转角。因此通过构成专用传感器的方法，来选择感受这些角度的变化的敏感元件，这些传感器也就是惯性倾斜仪和磁罗盘。然后选择波能传输延伸线，它就是带聚乙烯护套的屏蔽电缆。实现被选择的传感器和电缆的结合方法，是建立它们之间的感应耦合。人们把结合起来的传感器和电缆分别设置在沿分水塔轴线的表面上。为了在三维空间获得足够数量的有关纵向轴线的几何学的信息量，将测量该轴线相对于垂直线倾斜的传感器，分别设在沿外壳表面上的两条正交形成线上，并将其固定住。然后使随时间变化的、频率为400赫芝的基准电信号到达电缆的输入端。该信号在沿电缆传输的过程中，通过感应耦合实现传感器的得电，并从传感器获得有关角度的信息，而该信息的频率相对于载波频率400赫芝来说要更高一些。在电缆的输出端测量转换为基准电信号的参量，将该信息从代码翻译出来，并根据给定的有关塔的纵轴相对于垂直线扭转和倾斜的角度，来确定塔所处状态的力学特性。所获得的特性单值地决定分水塔的应变状态和供动力定位用的边缘各点在空间的相互位置。
检测三维圆筒形薄壳状态的已知方法具有以下最典型并且有限制的特点。
上述的方法不可能以高分辨率检测三维外壳，也不能离检测对象太远，这是因为波能传输延伸线的信息量的限制，当增加线路长度时，也相应地增大了线路中的电压损失和干扰，从而降低了信息传输的可靠性。利用离散安置的角或位移传感器作为敏感元件，原则上不可能实现被检测参量分布的连续测量。根据离散获得的沿给定坐标的读数，只能是参量的近似分布，在所述情况下，即分水塔表面相对于垂直线的倾角的近似分布。因此原则上不可能在空间和时间上进行连续检测外壳的力学特性，这样就产生了逼近误差。此外，由于传感器本身有相当大的吸收，也使检测精度下降。用机电方法，通过感应耦合，将敏感元件和波能传输延伸线结合起来，以及对敏感元件同这种线路进行的特殊的固定方法，不得不安装作用原理不同的传感器，也不得不保证其相当复杂的寻测过程，这就迫使制作和使用价格昂贵的水下电气设备，而这种设备的可靠性又低。
此外，所使用的分水塔表面形成线相对于垂直线的倾斜角传感器，对测量的动态范围有极大的限制，这样，当变形大时，就不可能对分水塔表面进行检测。利用同样的已知方法，不可能检测三维外壳的另外一些形状，以及不增加传感器的数量和不减小它们之间的安装距离，也不可能提高测量和检查的分辨率。
就技术实质来说，与上述的技术方案最接近的是长度方向量度测量对象的状态的检测方法，在个别情况下，这种测量对象就是三维外壳（PCT/SV 88/00032）。这种方法包括：选择波能传输延伸线，该线路保证具有已知物理场的时-空结构流行波型的信号在其中传输;把选定的波能传输延伸线沿给定的坐标S分别设置在三维外壳的表面上;在波能传输延伸线中，至少要分出一条基准波道和至少一条测量波道，在上述的每一条波道中，都有已知的流行波型相速延迟;保证沿波能传输延伸线，至少一条基准波道的波型场和至少一条测量波道的流行波型场，随着三维外壳表面的几何形状的变化，而发生定向相互作用，以便在测量波道中获得这样一种信号，即信号在基准波道传输过程中按照三维外壳表面的几何形状的变化而变化的信号，该信号表征这个外壳的状态;以物理场振荡形式形成按时间调制的基准信号，并将这些振荡变换成具有给定时-空结构流行波型场的信号;在波能传输延伸线路中的至少一条基准波道的输出端和至少一条测量波道的输出端，将波型场变换成电信号，这些电信号仅仅与时间有关;在基准波道的输出端，分出电信号的振幅;在测量波道的输出端，按照与基准波道输出端的电信号的峰值成反比关系放大电信号;利用线性比例变换，它把波能传输延伸线中的基准波道和测量波道中的流行波型相速延迟的差值、检测所经过的时间和沿波能传输延伸线的给定坐标值的读数等联系起来，然后确定三维薄壳表面的几何形状。
对于上述已知的三维外壳的状态检测方法，其下述的有限制的特点最接近于所推荐的本发明。
在已知的方法中，当把波能传输延伸线分别设置在三维外壳表面上时，在个别场合，三维外壳是曲线形的管道，不能保证提高三维外壳表面的几何形状的检测精度，这是因为不能按各个局部显示具有这些特征结构的三维外壳表面的积分特性，以便随后的用来单值地确定三维外壳表面的几何形状、从而单值地确定它的应变状态。
本发明的任务是提出这样一种检测三维外壳状态的方法，即当外部负载作用在三维外壳上时，这种方法能按各个局部显示具有以下结构特征的外壳表面的积分特性，以便单值地评价三维外壳表面状态，这就保证了提高三维外壳表面几何形状的检测精度，从而提高该外壳在空间的应变状态的检测精度。
本发明的实质是检测三维外壳状态的方法，按顺序，包括下述的操作：选择波能传输延伸线，该线路保证具有已知的物理场的时-空结构的流行波型作为信号在其中传输;把所选择的波能传输延伸线沿给定的坐标S，分别设置在三维外壳表面上;在波能传输延伸线中分出至少一条基准波道和至少一条测量波道，在上述的每一个波道中，都有已知的波型相速延迟;沿波能传输延伸线保证该线路中的至少一条基准波道的流行波型场和至少一条测量波道的流行波型场产生定向的相互作用，生成只与时间有关的电信号;在基准波道的输出端，分出电信号的振幅;在测量波道的输出端，按照与基准波道的输出端上的电信号的峰值成反比关系放大电信号;利用线性比例变换，该变换把波能传输延伸线中的基准波道和测量波道的流行波型相速延迟的差值、检测所经过的时间和沿波能传输延伸线的给定坐标值的读数联系起来，然后确定三维外壳表面的几何形状。根据本发明，给定所要求的沿三维外壳表面积检测的分辨率;把三维外壳的表面划分成任意形状的若干部分，其中每一部分的面积小于或等于给定的检测三维外壳状态的分辨率的面积;把分别设置在三维外壳表面上的波能传输延伸线，沿着全部划分好的各部分的周长铺设好，并沿这些划分好的各部分周长，将上述线路固定在三维外壳的表面上;沿波能传输延伸线，保证至少一条基准波道和至少一条测量波道的流行波型场，根据波能传输延伸线纵轴的曲率大小而产生定向相互作用;沿给定坐标S，确定三维外壳表面在与波能传输延伸线的纵轴相交的该表面的法线方向上的曲率值，并且根据所获得的三维外壳表面的曲率值，找出并记下每一个被划分好的部分的两个主曲率的初始值，这些初始值对应于三维外壳的起始状态，然后着手确定每一部分的两个主曲率的变化值，并将这些主曲率的变化值与记下来的主曲率的初始值进行比较，找到确定三维外壳表面几何形状时所需要的每一部分的积分特性。
在对飞机的机身和机翼、船壳及建筑物的保护层进行强度和疲劳度试验时，本发明可以使实施检测的费用降低十倍，这是由于消除了安装价格昂贵的复杂设备的必要性，以及减少了全体工作人员的人数。采用本发明所能达到的效果是：消除了由建筑结构方面的事故造成的损失，其中包括金属屋顶，因为未经检测的负载加到工业企业的屋顶上时，经常导致倒塌。本发明还能减少各种外壳结构在建筑上的费用，这是由于在保证以很高的分辨率、对每一块面积的外壳表面状态进行可靠的检测的条件下，可以减少所安装的辅助支架的数量。在准确地确定了定位天线表面的几何形状的条件下，有可能极大地提高探测、通讯和射电望远镜等天线的使用效率。
下面将通过具体实施例、并结合附图来说明本发明。该实施例证实实现本发明的可能性。
图1是本发明被检测的三维外壳，在其表面上固定着波能传输延伸线;
图2是本发明的比例放大的被检测三维外壳上呈矩形的一部分表面，在该表面上沿着周长固定着波能传输延伸线的一部分;
图3是根据本发明，三维外壳表面沿所划分部分的周长处沿给定坐标S的曲率关系曲线;
图4是本发明的三维外壳状态检测装置的结构图。
图1中画出了三维外壳1，在其表面上用虚线表示划分出的多个部分2，其中每一部分都有四个接头区3。固定在三维外壳1的表面上的波能传输延伸线4沿给定坐标S经过各接头区3。每一个选定部分2的面积小于或等于在给定的分辨率的情况下检测三维外壳1的状态所涉及的面积，用△Pij表示。在部分2的表面上（图2）示出了波能传输延伸线4其纵轴S，两个主要曲率K1ij、K2ij，外壳表面法线，同时还示出了波能传输延伸线4在每一个接头区3处相遇的邻接部分之间是直角，沿波能传输延伸线4的纵轴5给定弧线坐标S的读数方向。
图1和图2中圆周所示的接头区3的中心的坐标相应地表示为lij，li+l，j，li+l，j+l，li，j+l。沿波能传输延伸线4的一对毗邻的接头区3之间的距离表示为△l1和l2。部分2的面积可由下式确定：
△Pij＝△l1·△l2
图3示出了由波能传输延伸线4测得的沿三维外壳1的表面上划分的部分2的周长的曲率K（S）的关系曲线6。对于三维外壳1上所划分的部分2来说，曲率K（S）的测量是根据指向三维外壳1的表面的与该线路4的纵轴5相交的法线进行的。
实施检测三维外壳1的状态的方法所使用的装置（图4）包括已调制波能源7;波能传输延伸线4，它沿给定坐标S分别设置在三维外壳1的检测区内，用来收集和传输三维外壳1的表面几何形状变化的信息，该信息与其纵轴S的几何形状相对应，波能传输延伸线4是由多波型的（MHOTOMOOBы）波导管制成的，含有至少一条基准波道和至少一条测量波道，这些波道根据三维外壳几何形状的变化而相互作用。
三维外壳状态检测装置还包括信息模拟处理部分3，用来从波能传输延伸线4中分出由该线4转换成的基准信号，用以确定三维外壳1的应变状态特性;还包括空间滤波器9，用来形成给定流行波型时-空结构的基准信号，该滤波器连接在已调制波能源7的输出端和波能传输延伸线4之间。空间滤波器9有输入端10、11，而空间滤波器9和波能传输延伸线4的连接部分用12表示。
检测长度方向量度结构的状态的装置包括空间滤波器13，用来把从波能传输延伸线4的输出端获得的流行波型时-空结构信号变换成与时间有关的信号。滤波器13通过连接部分14与延伸线4连接，且被设置在延伸线路4和信息模拟处理部分8的输入端之间。空间滤波器13有输出端15和16。
空间滤波器9和13制作得完全相同，可根据波能传输延伸线4的类型，用已知的方法来实施。例如对于采用矩形波导管作为线4并以H10和H20充当基准波道和测量波道波的情况，滤波器9和13是串联到三分贝桥接分路的波导上（图中未示出），该桥接分路的桥臂经过两个静态移相器连接到波导管上，这两个移相器之间的差动相位移为π/2。在光波波段的实施例和制造波型空间滤波器的原理发表在N.S.Kapany等人于1980年美国光学协会期刊N°60，N°9的著作中。“Fiber eptica Ⅻ A technique for.launehina an arlitrary mede On oftieal die-leetrie waveguide”，P.1182。
此外，三维外壳状态检测装置还包括视屏终端装置17，用以显示三维外壳表面几何形状和所获得的该外壳的应变状态特性，它的输入端与信息模拟处理部分8的输出端电耦合。
调制波能源7包括振荡器18，其输出端与空间滤波器9的输入端连接;和调制器19，它的输出端与振荡器18的输入端相连接。
作为调制波能源7，可以采用标准的物理场振荡器-莱塞（激光发生器）;CB振荡器（超高频）;弹性振动发生器。
信息模拟处理部分8包括同步检波器20、21，它们的第一输入端分别与空间滤波器13的输出端15、16连接;积分器22;运算放大器23，它的第一输入端与积分器22的输出端相连，而运算放大器23的输出端则与视屏终端装置17的输入端电耦合，积分器22的输入端与同步检波器21的输出端相连，运算放大器23的第二输入端与同步检波器20的输出端连接;和差频振荡器24，它的输出端与同步检波器20、21的第二输入端连接。
检测长度方向量度的结构的状态的装置包括定向耦合器25，用来使差频振荡器24同步。定向耦合器25的输出端与差频振荡器24的输入端连接。空间滤波器13与同步检波器20、21的每一条连接线都包有接地的屏蔽套26。
检测长度方向量度的结构的状态的装置还包括模拟数字转换器27，它的输入端与信息模拟处理部分8的输出端连接;微处理机28，它的输入端与模拟数字转换器27的输出端连接，而28的输出端连接在视屏终端装置17的输入端。
检测三维外壳状态的装置按下列方式运行。在所述的实施例中，作为表征三维外壳1（图4）的状态的被检测参量，是选用沿给定弧线坐标S变号的外壳1的表面曲率分布。波能传输延伸线路4与三维外壳1紧紧地固定在一起，当三维外壳1的表面变形时，在上述线中便产生有规律的波动过程的扰动。
开始检测时，调制器19产生连续脉冲，对振荡器18的振荡进行调制。调制脉冲宽度和周期，由所要求的检测参量-检测的静态范围及其分辨率、以及波能传输延伸线4的参量来决定。在振荡器18的输出端形成相干振荡脉冲序列，例如超高频电磁场的脉冲序列。该相干振荡序列到达空间滤波器9的输入端。在该滤波器9中，对超高频场的空间结构这样进行变换，以便在连接部分12处该结构能适合于延伸线4中分出来的基准波道中的流行波型场所要求的结构。因此，形成了基准信号，并进入线4内。该信号沿基准波道传输，在波能传输延伸线4弯曲的地方，便在测量波道中引起脉冲，该脉冲构成测量信号，并与基准信号相干。这些脉冲以不同于基准信号传输速度的速度沿测量波道传输。
基准信号和测量信号的超高频流行波型场经过连接部分14后，借助于滤波器13，在空间分离开，并到达该滤波器的波能场输出端15、16。这两个输出端15、16与信息模拟处理部分8的输入端连接。因此，测量信号和基准信号进入部分8。然后测量信号到达同步检波器20的第一输入端，而基准信号则到达定向耦合器25的输入端，该定向耦合器将基准信号的一小部分能量分出来，用于差频振荡器24的同步。能量的剩余部分传输到同步检波器21的第一输入端。与此同时，差频振荡器24的信号以与超高频场的基准信号相干的形式到达同步检波器20、21的各第二输入端，从而实现超高频场的同步检波（保持测量信号的超高频脉冲包络的符号不变）。因此在同步检波器20、21各自的输出端出现电信号。而且同步检波器21的输出端上的信号与基准信号的包络成比例，而同步检波器20的输出端上的信号则与测量信号包络成比例，考虑到信号包络的符号，该测量信号本身就是三维外壳1的表面沿给定坐标S的曲率增量分布的反映。
基准电信号脉冲从同步检波器21的输出端到达积分器22的输入端，在该积分器的输出端形成电信号，该电信号与输入的脉冲信号的振幅一致。积分振幅信号从积分器22到达运算放大器23的第一输入端。来自同步检波器20的输出端的信号到达运算放大器23的第二输入端。电信号从运算放大器23的输出端消失，所消失的电信号的量值仅仅取决于三维外壳1的表面曲率增量的积分值，与空间滤波器9的输入端10上的基准信号值和空间滤波器13的输出端16上的基准信号值无关。对应于三维外壳1的表面沿波能传输延伸线4的曲率分布的电信号、也是信息模拟处理部分8的输出信号，从运算放大器23的输出端出来，借助于模拟数字转换器27，转换成数字码，并到达微处理机28的输入端。对于三维外壳1的每一块被划分出来的部分2来说，其面积△Pij（图2）选取得小于或等于给定的检测三维外壳状态的分辨率的面积，根据沿周长测得的曲率分布K（S），确定两个主曲率作为初始值，例如三维外壳1的不发生应变的状态。对于由三维外壳上每一块被划分出来的部分2的两个对应于三维外壳1的初始状态的主曲率值取值的结构被记录在微处理机28的存储器中。接着确定已经加了负载的三维外壳1的每一块被划分出来的部分2的两个主曲率的变化值。然后在微处理机28中，所获得的该外壳1的加了负载以后的状态的结构同三维外壳1的初始状态的主曲率的结构进行比较。根据结构比较的结果，找出在确定三维外壳1的表面几何形状时所需要的每一部分的积分特性，从而确定其应变状态。这些特性来自微处理机28的输出端的以数字的形式或曲线图的形式所表示的特性显示在视屏终端装置17上。
划分三维外壳1上的部分2（图1、2）的程序，可用在该外壳1的表面上选择带有四个接头区3的矩形部分2来说明。矩形部分2的面积△Pij（图2）由下面的表达式确定：
△Pij＝△l1·△l2
式中
△l1＝li+1，j-li，j＝li，j+1-li+1，j+1;
△l2＝li+1，j+1-li+1，j＝li，j-li，j+1
这里的li，j、li+1，j、li，j+1、li+1，j+1是接头区3的中心的带脚注的坐标。
对于部分2根据波能传输延伸线4沿给定坐标S的曲率值K（S），由下列公式确定该部分2的基本的积分特性-部分2表面的两个主曲率值lij和2ij：
式中S-给定坐标值，沿波能传输延伸线4的纵轴取得的读数：K2（S）、（S）、K2（S）、（S）-根据与该线4的纵轴S相交的部分2表面上的法线测得的曲率分布;以上是对部分2的周长处而言的。
所划分的部分2的面积△Pij应等于或小于检测三维外壳1的状态所给定的分辨率的面积。这样的检测方法由对实际对象进行检测的实际要求来决定，并且对于以其表面的面积大小为特征的三维外壳来说，这种检测方法适合于给定的最小检测面积的要求。
在确定了三维外壳1的初始（未变形）状态下的部分2的表面的两个主曲率的初始值1ij和2ij，以及接着确定了同一个部分2的两个主曲率的变化值1ij和2ij之后，根据薄壳力学中通用的关系式，很容易确定其它的重要积分特性-在法线n（图2）的方向上，部分2的表面的相对形变δ2：
δZ＝（1ij-1ij）△+l2+（2ij-2ij）△l2
根据部分2的表面的两个主曲率，再按照微分几何中的已知公式，确定法线相对于三维外壳1的初始状态所对应的初始方向的倾斜角，该倾斜角表示三维外壳1的部分2的表面扭转特性，同时表示由于受拉伸或压缩作用，该部分2的面积△Pij的变化情况。
因此，当实施上述的操作顺序，即划分部分2，获取它的基本的积分特性时，信号随数字码从模拟数字转换器27（图4）的输出端出来，借助于微处理机28，在找到和记下初始值之后，确定三维外壳1上每一块被划分出来的部分2的两个主曲率的变化值，从而确定三维外壳1上每一部分2的表面几何形状。在微处理机28中，根据所获得的结构，把有关每一个部分2的信息结合起来之后，利用薄壳力学中惯用的关系式，分析三维外壳1的应变状态。借助于视屏终端装置17显示出来的分析结果，可以用来预防事故的发生和预测三维外壳1的状态。
因此，本发明可以实现对三维外壳进行高精度的检测，并极充分地给出每一个划分出来的部分的基本积分特性，以及它们的随后可用来分析和显示三维外壳的全部表面的状态特性的结构。