基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法，该监测方法包括以下步骤：步骤一，在造船起重机的表面设置光纤光栅传感器阵列，给光纤光栅传感器阵列中每个检测传感器分配一个ID编码；步骤二，获取光纤光栅传感器阵列中所有检测传感器产生的光信号，将光信号进行解调获得电信号；步骤三，对电信号分析处理获得应力应变信息；步骤四，按照ID编码显示应力应变信息。

【技术实现步骤摘要】
基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法
本专利技术涉及工程器械应力监测
，具体涉及一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法。
技术介绍
造船用门式起重机作为一种重要的物料搬运设备，在造船领域的重要作用日益凸显。门式起重机设备的使用过程中，其金属结构会逐渐受腐蚀、磨损等影响而产生变形，强度和刚度随之下降。日常生产中需要对造船起重机时常进行检测和保养，目前许多的船厂依然沿用“定期保养，事后维修”传统方式对起重机进行定期的检修。这种检修方式只能获知特定的非生产状态下的情况，并不能够反映起重机在整个工作状态下的情况，存在安全隐患。此外，由于传统方式往往需要进行停机检修，耗费人力物力，维护成本高。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法，实时监测造船起重机的应力数据。本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，具有这样的特征，包括以下步骤：步骤一，在造船起重机的表面设置光纤光栅传感器阵列，给光纤光栅传感器阵列中每个检测传感器分配一个ID编码；步骤二，获取光纤光栅传感器阵列中所有检测传感器产生的光信号，将光信号进行解调获得电信号；步骤三，对电信号分析处理获得应力应变信息；步骤四，按照ID编码显示应力应变信息。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤一中设置光纤光栅传感器阵列具体为：造船起重机的结构件数量设置为n，每个结构件的表面按照表面形状和表面积划分为k个特征区，每个特征区设置有至少一个感应位点，按照造船起重机的n个结构件设置n条光缆支线，每条光缆支线上连接j个检测传感器，j≥k，检测传感器对应设置在感应位点上。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法中，还可以具有这样的特征：其中，其中，步骤三中对电信号的分析处理具体以下步骤：步骤1，将步骤二获取的电信号以电压信号输出；步骤2，将电压信号进行模数转换获得数字信号；步骤3，根据ID编码获取同一时间点所有感应位点的数字信号并进行排布，将排布结果作为造船起重机在该时间点的应力应变分布；步骤4，根据ID编码获取同一感应位点的所有历史数字信号；步骤5，将应力应变分布以及历史数字信号作为应力应变信息。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法中，还可以具有这样的特征：其中，在光纤光栅传感器阵列中还相应设置与检测传感器对应的温度补偿传感器，按照步骤二将温度补偿传感器产生的光信号解调为电信号，按照步骤三中的步骤1、步骤2将温度补偿传感器的电信号处理为数字信号，在进行步骤3之前，根据温度补偿传感器的数字信号修正检测传感器的数字信号，并按照修正后检测传感器的数字信号进行后续的步骤3、4、5。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法中，还可以具有这样的特征：其中，在设置光纤光栅传感器阵列后，还对造船起重机建立三维虚拟仿真模型，将ID编码在三维虚拟仿真模型的中的感应位点一一关联；按照三维虚拟仿真模型中的ID编码显示应力应变信息。本专利技术还提供一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统，具有这样的特征，包括：光纤光栅传感器阵列，包含与造船起重机的多个结构件对应的多条光缆支线，每条光缆支线连接有多个检测传感器，检测传感器贴附于结构件的表面；光纤光栅解调仪，与光纤光栅传感器阵列连接，具有多个光学接口，多个光学接口分别对应连接多条光缆支线；现场主机，与光纤光栅解调仪连接；以及监控电脑，与现场主机通信连接。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统，还可以具有这样的特征：其中，结构件的表面粘附有胶粘层，检测传感器埋入胶粘层的内部。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统，还可以具有这样的特征：其中，检测传感器连接温度补偿传感器，温度补偿传感器非贴附于结构件的表面。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统，还可以具有这样的特征：其中，光纤光栅解调仪中采用波长扫描型光纤激光器作为光源。在本专利技术提供的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统，还可以具有这样的特征：其中，现场主机与监控电脑为无线通信连接，现场主机连接有无线发射装置，现场主机与监控电脑之间设置有无线网桥，监控电脑连接有无线接收装置。本专利技术的作用与效果：本专利技术的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法，可通过光纤光栅传感器阵列感应造船起重机的结构件表面应力应变生光信号，经光纤现场主机解调仪解调为电信号。采用现场主机分析处理，获取应力应变分布情况和所有历史数字信号。从而在现场主机以及监控电脑上都可以实时监控到造船起重机的结构件表面应力应变信息，实现了获取生产状态下结构件表面应力情况并且可实时监控，避免了传统定期检修才能获取应力情况的问题，有助于监控人员根据实时监测应力变化数据随时获知起重机的状况。此外，本专利技术的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法中将温度补偿传感器采集的数字信号修正检测传感器的数字信号，补偿温度对采集应力应变数据的影响。附图说明图1是本专利技术的实施例中基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统的示意图；图2是本专利技术的实施例中基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法的示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统及方法作具体阐述。如图1所示，本实施例中基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测系统100包括：光纤光栅传感器阵列10、光纤光栅解调仪20、现场主机30、无线发射装置40、无线网桥50、无线接收装置60、监控电脑70。光纤光栅传感器阵列10包含与造船起重机的门架结构、大车机构、小车机构、起升机构等多个结构件对应的多条光缆支线11，每条光缆支线11连接有多个检测传感器11a，检测传感器11a贴附于结构件的表面。每个结构件的按照形状和表面积可表面划分为多个特征区，例如，将门架结构可划分为上部桥架特征区、悬臂特征区、支腿特征区、下横梁特征区，在每个特征区设置多个感应位点，每个感应位点上设置一检测传感器11a，感应位点处粘附有胶粘层，检测传感器11a埋入胶粘层的内部，胶粘层的厚度为2.8mm～3.5mm，确保粘接效果，同时也保证良好的传感效果，不影响到传感器的感应。在本实施例中，检测传感器11a连接温度补偿传感器(图中未示意)，温度补偿传感器非贴附于结构件的表面，检测传感器11a和温度补偿传感器均为FBG传感器，补偿温度对检测传感器11a的影响。光纤光栅解调仪20具有多个光学接口，光缆支线11通过FC/APC光学接头与光纤光栅解调仪20的多个光学接口相配合插接。光纤光栅解调仪20采用波长扫描型光纤激光器作为光源，实现多光路信号实时采集以及光路信号增益。光纤光栅传感器阵列10采集的光信号经光纤光栅解调仪20解调为电信号。光纤光栅解调仪20内嵌FPGA硬件逻辑芯片，采用状态机和循环事件结构互耦合的软件架构。现场主机30与光纤光栅解调仪20通过网线连接。现场主机中设置有分析处理电信号的的软件运行程序，分析处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在造船起重机的表面设置光纤光栅传感器阵列，给所述光纤光栅传感器阵列中每个检测传感器分配一个ID编码；步骤二，获取所述光纤光栅传感器阵列中所有检测传感器产生的光信号，将所述光信号进行解调获得电信号；步骤三，对所述电信号分析处理获得应力应变信息；步骤四，按照ID编码显示所述应力应变信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，在造船起重机的表面设置光纤光栅传感器阵列，给所述光纤光栅传感器阵列中每个检测传感器分配一个ID编码；步骤二，获取所述光纤光栅传感器阵列中所有检测传感器产生的光信号，将所述光信号进行解调获得电信号；步骤三，对所述电信号分析处理获得应力应变信息；步骤四，按照ID编码显示所述应力应变信息。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，其特征在于：其中，所述步骤一中设置所述光纤光栅传感器阵列具体为：所述造船起重机的结构件数量设置为n，每个所述结构件的表面按照表面形状和表面积划分为k个特征区，每个所述特征区设置有至少一个感应位点，按照所述造船起重机的n个结构件设置n条光缆支线，每条所述光缆支线上连接j个所述检测传感器，j≥k，所述检测传感器对应设置在所述感应位点上。3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，其特征在于：其中，步骤三中对所述电信号的分析处理具体以下步骤：步骤1，将步骤二获取的所述电信号以电压信号输出；步骤2，将所述电压信号进行模数转换获得数字信号；步骤3，根据ID编码获取同一时间点所有感应位点的数字信号并进行排布，将排布结果作为所述造船起重机在该时间点的应力应变分布；步骤4，根据ID编码获取同一感应位点的所有历史数字信号；步骤5，将所述应力应变分布以及所述历史数字信号作为所述应力应变信息。4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅应变感应的造船起重机应力监测方法，其特征在于：其中，在所述光纤光栅传感器阵列中还相应设置与所述检测传感器对应的温度补偿传感器，按照步骤二将所述温度补偿传感器产生的光信号解调为电信号，按照步骤三中的步骤1、步骤2将所述温度补偿传感器的电信号处理为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张铮，熊冠楚，衡超，单珊，
申请(专利权)人：中船第九设计研究院工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31