导管架平台杆件应力测量的传感器系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种导管架平台杆件应力测量的传感器系统，包括：位于同一圆周上且间隔设置的多个应变传感器、传感器连接基座。本发明专利技术还提供了相应的测量方法，通过传感器组合使用，将测得的杆件表面的应力值推算为杆件实际所承受的平均应力、应变。本发明专利技术能够较准确的获得杆件整体应力、应变的平均值，且操作简单，适应复杂的工作条件，适合长时间在复杂海况的水下作业，方便传感器定位、安装的基座上，可以对传感器本身进行保护，使之适应于长时间的海面下工作，传感器采用高精度的光纤传感器，信号便于采集和处理。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及海洋工程
的装置，具体地涉及一种布设在导管架平台水下杆件上的应变、应力测量的方法与相应的安装装置，能更加准确的监测杆件的应力情况。
技术介绍
中海油渤海BZ25-1WHPB平台水下巡检时发现-18m处杆件焊缝出现裂口，从检测报告上看，目前共有6处泥面处水平撑与导管腿存在裂口或者已经脱落。因此，对导管架平台健康状况进行实时在线准确的评估，对结构的安全性、完整性进行实时的监测，从而对受损杆件及早进行定位和修复，可以降低海上油气事故的发生率，减小经济损失。然而，依靠人工检测或者ROV检测、超声波法、放射法检测，只能是“事后”监测，不能在恶劣海况下实现结构完整性和安全性的在线实时监测。与此相比，采用结构的振动响应数据，包括结构固有频率、固有阵型、模态应变能等，来识别和诊断结构的损伤，是一种研究较多而且成本低的无损检测方法。但是这种方法有一定的局限性，不规则波浪的有色噪声和测试噪声对模态识别存在干扰，对诊断结果影响很大。另一方面，对于平台杆件应力的准确监测一直以来都是工程上的难题，现在的应变传感器往往只能监测到杆件某一侧的表面应变，不能准确反应整个杆件的工作状况。与此同时，如果利用现有的传感器方法得到的平台应变会与真实值产生相对较大的误差。对于杆件的安全评估工作更重要的是关心杆件内部的最大变形与应力，因此传统的传感器布置与测量得到的数据对于开发平台的健康监管系统是很不利的。专利技术内容对于现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是针对导管架水下测量的特点，提供一种应力、应变测量方案，能够方便的安装在平台导管杆件上，并方便在水下进行安装、测量作业。实时监测杆件的工作状态，反应出杆件的最大应力、应变情况。本专利技术旨在解决现有的应力、应变测量仪器只能测得杆件表面的应力，难以真实准确的获得整体杆件的受力、变形状况的问题，希望通过合理的设计做到方便、有效的在水下安装、作业；准确、及时获得监测点的应力、应变值，并与安全软件结合连续时时监测平台的安全状况。根据本专利技术提供的一种导管架平台杆件应力测量的传感器系统，包括：位于同一圆周上且间隔设置的多个应变传感器、传感器连接基座；应变传感器安装在传感器连接基座上，用于安装在杆件上。优选地，所述多个应变传感器之间以等角度间隔分布，传感器连接基座呈半圆弧形。优选地，还包括槽型保护外壳，槽型保护外壳安装于传感器连接基座，且槽口朝向传感器连接基座，应变传感器位于槽型保护外壳的槽道内，槽型保护外壳上设置有与基座形式相配的滑动槽口，使得槽型保护外壳能够通过滑动槽口在传感器连接基座上滑动，并通过定位螺栓进行角度定位。根据本专利技术提供的一种导管架平台杆件应力测量的测量方法，包括如下步骤：步骤1：根据杆件的直径，将钢板弯制成半圆弧形状，得到传感器连接基座；步骤2：在传感器连接基座上标定用于安装应变传感器的定位点；步骤3：将应变传感器安装于定位点，从而得到导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其中，应变传感器的中心线落在定位点上；步骤4：将导管架平台杆件应力测量的传感器系统，安装到杆件上，其中，应变传感器与杆件平行安装；步骤5：根据如下公式计算得到杆件的轴向应变的最大值，并将杆件的轴向应变的最大值作为杆件主应变值。优选地，应变传感器的数量为3个；所述步骤5通过如下公式计算得到杆件的轴向应变的最大值，并将杆件的轴向应变的最大值作为杆件主应变值：ϵmax=ϵx=ϵL+ϵW=ϵ1+ϵ32+(ϵ1-ϵ32)2+(ϵ2-ϵ1+ϵ32)2]]>其中，εmax表示杆件的轴向应变的最大值，εx表示杆件主应变值，εi为第i个应变传感器测得的轴向应变，εL为应变传感器拉伸引起的轴向应变，εW为应变传感器弯曲引起的轴向最大应变，i为应变传感器的个数。应变传感器的数量为4个；布置4个应变传感器，在杆件的同一圆周上每间隔90度设置一个应变传感器，各应变传感器测得的轴向应变为ε1,ε2,ε3，ε4根据3个应变传感器的计算方法，取每相邻3个应变传感器的应力值计算εmax，这样会得出四组εmax值，然后求这四组εmax值的平均值即可得出最大应力；其中，所述3个应变传感器的计算方法，具体为：ϵmax=ϵx=ϵL+ϵW=ϵ1+ϵ32+(ϵ1-ϵ32)2+(ϵ2-ϵ1+ϵ32)2]]>其中，εmax表示杆件的轴向应变的最大值，εx表示杆件主应变值，εi为第i个应变传感器测得的轴向应变，i＝1,2或3，εL为应变传感器拉伸引起的轴向应变，εW为应变传感器弯曲引起的轴向最大应变。由于理论上只需3个传感器就能获得杆件的真实应变，加入4个传感器可以降低系统误差，提高精确度。优选地，在步骤3中，首先将应变传感器安装于槽型保护外壳，然后将应变传感器和槽型保护外壳一并安装于传感器连接基座，从而得到导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其中，槽型保护外壳的槽口朝向传感器连接基座，应变传感器位于槽型保护外壳的槽道内，槽型保护外壳上设置有与基座形式相配的滑动槽口，使得槽型保护外壳能够通过滑动槽口在传感器连接基座上滑动，并通过定位螺栓进行角度定位。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：1.单一的传感器只能测得杆件表面的应力应变状态，本专利技术通过传感器的组合使用，较准确的获得杆件整体应力、应变的平均值。2.本专利技术操作简单，适应复杂的工作条件，对于不同规格、连接方式的杆件结构均能适用；3.本专利技术适合长时间在复杂海况的水下作业，方便传感器定位、安装的基座上，可以对传感器本身进行保护，使之适应于长时间的海面下工作；4.本专利技术传感器采用高精度的光纤传感器，信号便于采集和处理。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是3点式传感器布置平均应力推算示意图；图2是装置整体示意图；图3是传感器连接基座(保护外壳)示意图。图中：1是待测量杆件，2是传感器连接基座，3是应变传感器，4是焊接连接处。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其特征在于，包括：位于同一圆周上且间隔设置的多个应变传感器、传感器连接基座；应变传感器安装在传感器连接基座上，用于安装在杆件上。

【技术特征摘要】
1.一种导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其特征在于，包括：位于同一
圆周上且间隔设置的多个应变传感器、传感器连接基座；
应变传感器安装在传感器连接基座上，用于安装在杆件上。
2.根据权利要求1所述的导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其特征在于，
所述多个应变传感器之间以等角度间隔分布，传感器连接基座呈半圆弧形。
3.根据权利要求1所述的导管架平台杆件应力测量的传感器系统，其特征在于，
还包括槽型保护外壳，槽型保护外壳安装于传感器连接基座，且槽口朝向传感器连接基
座，应变传感器位于槽型保护外壳的槽道内，槽型保护外壳上设置有与基座形式相配的
滑动槽口，使得槽型保护外壳能够通过滑动槽口在传感器连接基座上滑动，并通过定位
螺栓进行角度定位。
4.一种导管架平台杆件应力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据杆件的直径，将钢板弯制成半圆弧形状，得到传感器连接基座；
步骤2：在传感器连接基座上标定用于安装应变传感器的定位点；
步骤3：将应变传感器安装于定位点，从而得到导管架平台杆件应力测量的传感器
系统，其中，应变传感器的中心线落在定位点上；
步骤4：将导管架平台杆件应力测量的传感器系统，安装到杆件上，其中，应变
传感器与杆件平行安装；
步骤5：计算得到杆件的轴向应变的最大值，并将杆件的轴向应变的最大值作
为杆件主应变值。
5.根据权利要求4所述的导管架平台杆件应力测量方法，其特征在于，
应变传感器的数量为3个；
所述步骤5通过如下公式计算得到杆件的轴向应变的最大值，并将杆件的轴向
应变的最大值作为杆件主应变值：
ϵmax=ϵx=ϵL+ϵW=ϵ1+ϵ32+(ϵ1-ϵ32)2+(&epsi...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱一飞，马磊鑫，付世晓，李啸雨，吴剑桥，林易，曾亚东，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31