一种冶金起重机应力检测系统技术方案

本发明专利技术涉及一种冶金起重机应力检测系统，包含应力检测模块、信号采集模块、数据传输模块、中心处理模块，本发明专利技术的有益成果是：本发明专利技术利用光纤光栅应力检测技术，并应用于冶金桥式起重机应力状态检测，各测点部位的应力波动情况较大，重点关注各测试部位的疲劳裂纹情况，应力测试结果和分析能够直接应用于检测金属结构的承载能力、发现金属结构的裂纹等故障，并且能够帮助事故分析，指导故障修复，为优化和改进冶金起重机的设计提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种冶金起重机应力检测系统
本专利技术涉及机械检测领域，涉及一种冶金起重机应力检测系统。
技术介绍
冶金起重机作为冶金行业安全、生产必不可少的关键和重要设备，主要用来吊运高温熔融金属，长期处于高温、高粉尘的恶劣环境中。因此，其工作的可靠性、安全性一直受到人们的高度重视。冶金起重机金属结构主要由钢板焊接而成，焊接结构疲劳断裂是冶金起重机金属结构重要的失效模式，为保障冶金起重机长周期安全可靠运行，亟需发展一种准确的、有效地检测冶金起重机的焊接结构的应力状态检测系统。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种解决或部分解决上述问题的一种冶金起重机应力检测系统。为达到上述技术方案的效果，本专利技术的技术方案为：一种冶金起重机应力检测系统，包含应力检测模块、信号采集模块、数据传输模块、中心处理模块；应力检测模块采用了光纤光栅应变传感器作为检测的仪器，利用光纤光栅应变传感器内部的光纤光栅反射的光学频谱对由应力进行检测，当应力发生变化时，光纤光栅的光栅周期T也发生变化，从而使光纤光栅的中心波长产生位移ΔC，通过检测该位移ΔC来检测应力的变化,光纤光栅的中心波长C与光纤光栅的光栅周期T的关系如下：C＝2Z·T其中，Z为光纤光栅的纤芯的折射率，对上式求导，得到光纤光栅的中心波长的位移ΔC与光纤光栅的光栅周期的变化ΔT之间的关系，如下式：ΔC＝2ΔZ·T+2Z·ΔT光纤光栅的光栅周期的变化ΔT与光纤光栅的纤芯的折射率的变化ΔZ为应力的变化造成，被反映成了光纤光栅的中心波长的位移ΔC；光纤光栅的中心波长的位移ΔC与应力ε之间的关系如下：σε＝e1ΔC2+e2ΔC+e3其中，σ为光纤光栅的热膨胀系数，e1为光纤光栅应变传感器的拟合函数二次项系数；e2为光纤光栅应变传感器的拟合函数一次项系数；e3为光纤光栅应变传感器的拟合函数常数项；根据光纤光栅的中心波长的位移ΔC求得应力ε；应力检测模块对应力ε的数值进行转换，转换成相应频率的应力的模拟信号；信号采集模块定期地对光纤光栅应变传感器进行采样，监测其的状态，当发现应力的模拟信号，对其进行滤波，并且利用信号采集模块的模数变换器进行模拟信号与数字信号之间的转换，转换成应力的数字信号，传输给数据传输模块；数据传输模块实时地与中心处理模块进行通信，其内部使用智能锂电池供电，并且其的供电模式有两种工作模式：正常供电模式与自动节电模式，当数据传输模块没有接收到应力的数字信号时，处于正常供电模式，否则处于自动节电模式，数据传输模块内含无线网络收发芯片，用于接收和发送应力的数字信号；无线网络收发芯片内含信号发送模块与信号接收模块，信号发送模块包含编码模块和发射模块，信号接收模块对应力的数字信号进行接收，编码模块将对应力的数字信号进行数字编码，并将数字编码后的应力的数字信号利用发射模块传输给中心处理模块；中心处理模块包含大型PC机，对数字编码后的应力的数字信号进行解码，转换成应力的数据存储于大型PC机内含的存储器中，根据冶金起重机的型号以及历史数据设置应力阈值，当应力的数据超出所设置应力阈值时，大型PC机将应力的数据显示在其的屏幕上。本专利技术的有益成果是：本专利技术利用光纤光栅应力检测技术，并应用于冶金桥式起重机应力状态检测，检测过程中各测点部位的应力波动情况较大，重点关注各测试部位的疲劳裂纹情况，应力测试结果和分析能够直接应用于金属结构的承载能力、发现金属结构的裂纹等故障的检测，并且能够帮助事故分析，指导故障修复，为优化和改进冶金起重机的设计提供技术支撑。附图说明图1为本专利技术一种冶金起重机应力检测系统的结构图；具体实施方式为了使本专利技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本专利技术的保护范围之内。具体方法如下：实施例1：一种冶金起重机应力检测系统，包含应力检测模块、信号采集模块、数据传输模块、中心处理模块；应力检测模块采用了光纤光栅应变传感器作为检测的仪器，利用光纤光栅应变传感器内部的光纤光栅反射的光学频谱对由应力进行检测，当应力发生变化时，光纤光栅的光栅周期T也发生变化，从而使光纤光栅的中心波长产生位移ΔC，通过检测该位移ΔC来检测应力的变化。光纤光栅传感技术的基本原理为，当光栅周围的温度、应变、应力或其他待测物理量发生变化时，将导致光栅周期或纤芯折射率的变化，从而使光纤光栅的中心波长产生位移，通过检测光纤光栅的中心波长的位移，即可获得待测物理量的变化情况。一般情况下，对于光纤光栅来讲，由于它本身属于各向同性柱体结构，所以施加于其上的应力可以在柱坐标系下分解为三个方向。光纤光栅的轴向不仅受到拉力或压力，还可以受到侧向的作用力，最具有实际意义的是光纤光栅在轴向的拉伸力或压缩力作用下产生的应变而引起的波长漂移。光纤光栅传感器的优点为，抗电磁干扰、电绝缘、耐腐蚀、安全性好，并且结构简单、质量轻、体积小，由于光纤光栅与光纤之间的兼容性，很容易将多个光纤光栅串联在一根光纤上构成光纤光栅列，从而实现分布式传感。其中，采用了波长编码，抗干扰能力很强，光栅的写入工艺也趋于成熟，便于大规模生产。光纤光栅主要用于石油、化工方面的安全检测，检测的物理量主要是温度、压力，而大型建筑安全检测，检测的物理量主要是应变。实施例2：冶金起重机金属结构应力热点区和疲劳敏感区可以通过三种情况来确定：对于新设备，可以通过有限元仿真分析得到起重机的应力集中区域；对于在役设备可以通过对以往使用维修记录的统计得到结构疲劳敏感区；对于没有历史维修记录的设备可以通过相似产品的信息统计来得到疲劳敏感区。工程上在无历史维修记录和相似产品统计系统的情况下，通常借助有限元仿真的手段对起重机金属结构的受力状态进行模拟，最终从得到的结果中提取应力集中区域。也可以对冶金起重机进行仿真分析，它的结果以图片的形式展现，清晰直观，通俗易懂。仿真的结果也可以作为应力测试的参考，即使在没有测试条件的情况下，可以通过模拟得到应力谱，对结构应力热点区进行疲劳寿命估算。应力状态通常可以通过对结构应力热点区的应力检测获得，载荷谱则需要在测得应力谱的基础上，再结合实际的载荷状况进行反向推导。常用的应力测试手段有电阻应变片、振弦式应变计和光纤光栅应变传感器。应力谱或载荷谱的获取是一个连续的过程，采集得到的应力时间越长，在后期应力热点区进行疲劳寿命评估得到的结果越准确。由于电阻应变片会受到环境很大的影响，考虑到应力谱采集的长期性和稳定性，本专利技术的应力检测采用光纤光栅应变传感器。光纤光栅应变传感器利用传感器内部光纤光栅反射的光学频谱对温度、应力的敏感特性进行检测，通过光纤光栅传感器内含的网络分析仪完成对光纤光栅传感器的输入光源激励以及输出光学频谱分析和物理量换算，以图表和数字方式给出各检测点的温度、应变、位移、压力等物理量信息。光纤光栅应变传感器具有容量大、测量精度高、可靠性好、抗电磁干扰、抗腐蚀、寿命长等优点。以上所述仅为本专利技术之较佳实施例，并非用以限定本专利技术的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关
的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本专利技术所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冶金起重机应力检测系统，其特征在于，包含应力检测模块、信号采集模块、数据传输模块、中心处理模块；所述应力检测模块采用了光纤光栅应变传感器作为检测的仪器，所述光纤光栅应变传感器内部包含光纤光栅，所述光纤光栅的反射的光学频谱对应力进行检测，当应力发生变化时，所述光纤光栅的光栅周期T也发生变化，从而使所述光纤光栅的中心波长产生位移ΔC，通过检测所述位移ΔC来检测应力的变化,所述光纤光栅的中心波长C与所述光纤光栅的光栅周期T的关系如下：C＝2Z·T其中，Z为所述光纤光栅的纤芯的折射率，对上式求导，得到所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC与所述光纤光栅的光栅周期的变化ΔT之间的关系，如下式：ΔC＝2ΔZ·T+2Z·ΔT所述光纤光栅的光栅周期的变化ΔT与所述光纤光栅的纤芯的折射率的变化ΔZ为应力的变化造成，被反映成了所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC；所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC与应力ε之间的关系如下：σε＝e

【技术特征摘要】
1.一种冶金起重机应力检测系统，其特征在于，包含应力检测模块、信号采集模块、数据传输模块、中心处理模块；所述应力检测模块采用了光纤光栅应变传感器作为检测的仪器，所述光纤光栅应变传感器内部包含光纤光栅，所述光纤光栅的反射的光学频谱对应力进行检测，当应力发生变化时，所述光纤光栅的光栅周期T也发生变化，从而使所述光纤光栅的中心波长产生位移ΔC，通过检测所述位移ΔC来检测应力的变化,所述光纤光栅的中心波长C与所述光纤光栅的光栅周期T的关系如下：C＝2Z·T其中，Z为所述光纤光栅的纤芯的折射率，对上式求导，得到所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC与所述光纤光栅的光栅周期的变化ΔT之间的关系，如下式：ΔC＝2ΔZ·T+2Z·ΔT所述光纤光栅的光栅周期的变化ΔT与所述光纤光栅的纤芯的折射率的变化ΔZ为应力的变化造成，被反映成了所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC；所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC与应力ε之间的关系如下：σε＝e1ΔC2+e2ΔC+e3其中，σ为所述光纤光栅的热膨胀系数，e1为所述光纤光栅应变传感器的拟合函数二次项系数；e2为所述光纤光栅应变传感器的拟合函数一次项系数；e3为所述光纤光栅应变传感器的拟合函数常数项；根据所述光纤光栅的中心波长的位移ΔC求得应力ε；所述应力检测模块对应力ε的数值进行转换，...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘敏，
申请(专利权)人：潘敏，
类型：发明
国别省市：安徽,34