本发明涉及智能监测装置，具体为一种基于数字孪生的结构曲率测量系统。
背景技术：
1、曲率测量在工业检测、材料科学和微观制造等领域至关重要，直接影响着产品的性能和质量。例如：光学透镜生产制造过程中，表面曲率的微小偏差直接影响了透镜的光学性能和成像质量。目前，激光干涉仪、接触式测头和光学轮廓仪是常用的曲率测量工具，然而这些传统设备在处理复杂表面或微小曲率时，测量精度往往不能满足严格的工业需求，存在明显的局限性，这些局限性不仅影响了测量结果的可靠性，也制约了产品的进一步优化和提升。
2、目前，市面上公开了一些与曲率测量相关的专利技术，例如：中国专利cn201910760427.4公开了一种光纤曲率测量传感器及其制作方法、测量系统，方案通过计算透射光谱中马赫-曾德干涉峰和谐振吸收峰的波长间隔，实现光纤曲率和温度的测量。然而光纤具有特定的物理尺寸，在微曲率测量领域具有明显的弊端。项目将尖端放电原理应用于曲率测量，通过非接触式的放电过程来精准探测材料表面的曲率变化，该技术克服了传统接触式测量手段的局限性，能够在复杂表面和微观结构上实现高精度测量。通过测量不同曲率下的放电电压，反推出物体表面曲率。
3、为了解决上述问题，我们研发了一种基于数字孪生的结构曲率测量系统，将传感器技术和物联网技术结合到一起，实现了对复杂表面曲率的高效测量。整体系统不仅显著提升了测量的精度，还极大地增强了工业检测中的灵活性和可靠性。
技术实现思路
1、针对上述问题，本发明提供了一种基于数字孪生的结构曲率测量系统，其特征在于，主要包含：放电尖端、边缘网关和物联网平台：
2、所述放电尖端包含探针、辅助电路和电压采集系统；所述探针包含圆锥表面和球头表面两种几何外形，圆锥外形具有更低的临界放电电压，适合测量大曲率半径的待测表面，球头探针具备多种规格，曲率半径分别为、......、；所述探针采用不锈钢材料，具备耐氧化、耐腐蚀特性和良好的导电能力；所述辅助电路能够将低压直流电源进行升压，包含反激式电源变压器、开关器件、整流电路和直流电源；所述开关器件可以控制变压器的工作状态，通过 stm32l 单片机驱动；所述电压采集系统包含采样电路和隔离器件，能够将探针的电压转换为0-5v，后续采用a/d转换芯片进行电压值的测量，最终获取探针的实时电压值；
3、所述辅助电路将电源升压后直接驱动探针，使电荷在尖端处聚集并显著增强局部电场强度；所述电压达到临界放电电压时，周围介质发生电离，系统阻抗产生突变，变压器输出电压具有明显波动；所述的临界放电电压与待测的表面曲率半径相关，具体的关系为：
4、
5、其中指尖端放电的临界电场强度，与介质的种类和压强相关；所述介质种类表述为空气；是待测表面的曲率半径；是一个修正系数，具体为：
6、
7、其中是探针的几何形状参数， 是探针与待测件表面的距离，是探针与待测件的角度；
8、所述边缘网关具备485接口，能够运行有限元程序代码；所述边缘网关能够与stm32l 单片机进行双向数据交互，实现临界放电电压的测量和修正系数标定；所述修正系数标定通过试验和数值仿真相结合的手段，具体的流程为：
9、s1：试验系统搭建：分别采用圆锥尖端和球头尖端靠近标准曲率半径的金属球，获取临界放电电压，其中，标准曲率半径的金属球分别为、……、，分别的临界电压为、……、；
10、s2：数字孪生模型搭建：通过有限元仿真获取圆锥尖端和球头尖端在不同输入电压时的放电规律，并通过s1获取的实验结果修正有限元的模型参数；
11、s3：参数获取：通过修改有限元的模型参数，计算模型在不同介质、不同放电尖端、不同距离和不同曲率半径下的响应规律，共计组；
12、s4：系统标定：将不同介质、不同放电尖端和不同距离作为自变量，分别为、和，将修正系数作为因变量，使用多项式模型构建自变量和因变量之间的关系，具体为：
13、
14、为模型系数；后续对s3获取的组数据进行拟合，建立修正系数预测值跟实际值之间的误差方程，通过最小二乘法获取最优模型系数，具体为：：
15、
16、所述物联网平台支持边缘网关的接入，能够实现数据的双向交互；物联网平台能够将临界放电电压、介质类型、放电尖端几何参数和距离进行永久化存储，后续能够依据实验数据对模型系数进行修正，并通过 ota 方式下发给边缘网关，实现修正系数的迭代；物联网平台具有可视化大屏，能够对边缘网关采集的数据进行直观展示。
17、本发明的优点在于：
18、1、适应性强：本方案能够适应各种复杂的几何形状，尤其在表面不规则、难以通过光学手段获取准确曲率的情况，实现了非常尖锐的边缘或细小的结构的曲率测量；
19、2、数据高效利用：测量待测表面的曲率，后续采用物联网平台实现数据的分发，通过可视化大屏将物体的微观形貌进行展示，可以跟生产设备、控制系统集成；
20、3、成本低：相较于光学测量系统，具有较低的成本。
1.一种基于数字孪生的结构曲率测量系统，其特征在于，包含：放电尖端、边缘网关和物联网平台：
