服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及光纤光栅传感监测技术领域，提供一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，包括由中心服务器、服务功能组件构成的服务中心，以及由多个光纤光栅传感器、光纤光栅传感解调仪、光纤接线盒和现场计算机、客户端服务器构成的监测系统客户端，以及配套的软件系统，所述光纤接线盒内设有多个光纤分路器，多个光纤光栅传感器分布于起重机的测量点上。本发明专利技术系统能够对作业中的起重机结构健康状况进行实时在线监测，保证起重机的安全运行，结合预报警机制完成结构安全评估，为起重机的使用、维护以及轻量化设计提供量化数据和安全保障，提高起重机的节能性和经济性。

Crane structure health online monitoring system based on service center mode

The invention relates to the field of fiber Bragg grating sensing monitoring technology, and provides an on-line monitoring system for crane structure health under the mode of service center, including a service center composed of a central server and service functional components, and a monitoring system consisting of multiple fiber Bragg grating sensors, a fiber Bragg grating sensing demodulator, an optical fiber junction box, a field computer and a client server. The household terminal and the supporting software system are provided with a plurality of optical fiber splitters in the optical fiber junction box, and a plurality of optical fiber grating sensors are distributed at the measuring points of the crane. The system can real-time online monitor the structure health status of cranes in operation, ensure the safe operation of cranes, complete the structure safety assessment combined with the forecasting and warning mechanism, provide quantitative data and safety guarantee for the use, maintenance and lightweight design of cranes, and improve the energy saving and economy of cranes.

【技术实现步骤摘要】
服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统
本专利技术涉及光纤光栅传感监测
，具体涉及一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统。
技术介绍
起重机作为港口起重装卸机械中不可或缺的一种，具有起吊能力强、作业效率高的特点，被广泛应用于各大装备制造业、物流运输业中。随着港口物流的飞速发展，起重机的作业频率与工作强度也在逐步上升，其安全性能也日益受到人们的关注。目前，设计人员为了保证起重机的安全性能，在设计中预留的安全系数裕量较大，使得起重机形式笨重、体积庞大。在保证起重机作业安全的同时，也增加了其作业能耗。因此，在保证起重机作业安全的前提下进行结构轻量化设计具有十分重要的意义。目前技术最成熟且应用最广泛的结构测试传感器为电阻应变片，它具有分辨率高、尺寸小、价格便宜、测量范围大的优点，但不适用于长期监测。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，对作业中的起重机结构健康状况进行实时在线监测，保证起重机的安全运行，结合预报警机制完成结构安全评估，为起重机的使用、维护以及轻量化设计提供量化数据和安全保障，提高起重机的节能性和经济性,在此基础上搭建服务中心，构建一套数据传输存储体系，整合并存储各地客户上传的监测数据用于后续的数据分析及数据挖掘。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，该系统由如下几部分组成，监测对象起重机主体，由多个光纤光栅传感器、光纤光栅传感解调仪、光纤接线盒和现场计算机（现场计算机为可选，主要用于现场操作人员查看）、客户端服务器构成的监测系统客户端，由中心服务器、服务功能组件构成的服务中心，以及配套的软件系统。其中光纤接线盒内设有多个光纤分路器，多个光纤光栅传感器分布于起重机的测量点上，多个光纤光栅传感器采用并联连接，每一个光纤光栅传感器均同光纤分路器的出线端连接，光纤分路器的进线端通过光纤光栅传感解调仪与客户端服务器连接，客户端服务器通过互联网与中心服务器连接。通过此监测系统对作业中起重机的结构健康状态进行实时在线监测，保证起重机的安全运行，结合预警机制完成结构健康评估，为起重机的使用、维护以及轻量化设计提供量化数据和安全保障，提高起重机的节能性和经济性，中心服务器存储多个监测对象的结构健康监测数据，用于后续的数据分析与数据挖掘。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器具有不同的类型，包含应变传感器、温度传感器、振动传感器、液位传感器等，通过开发光纤光栅传感器用于不同目标参数的获取，实现多传感器的融合。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器测量点布置通过测算得到，通过有限元分析等工具计算起重机结构受力、机构传动等监测关键点，结合检测手段和专家经验得到最终测量点布置图。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器中应变传感器自带温度补偿，包含应力片和温度片，应力片和温度片紧密连接，应力片4个角均有焊点，温度片的一端同应变片相连，另一端悬空。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器的工作温度范围为：-40°C~80°C，光缆类型为：3mm铠装光缆。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器焊接于起重机的测量点位置上。在上述技术方案中，所述光纤光栅传感器外设有金属保护盒。在上述技术方案中，所述光纤光栅应变传感器尾芯通过防火套管防护，防火套管通过卡扣固定于起重机金属结构上。在上述技术方案中，服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统配套的软件系统由现场监控端和中心服务端构成，现场监控端配置在作业现场计算机及企业内部网络内的客户端服务器中，中心服务端配置在服务中心的中心服务器上；现场监控端功能模块具体实现功能如下：数据管理模块，该模块主要用于监控系统相关的各类信息的短期存储、查询、传输；数据管理模块的各个子模块的具体功能如下：传感器信息管理，用来存储监测所用传感器的编号、中心波长、通道号信息；用户信息管理，用于存放可以访问本软件的用户个人信息，包括用户名、登陆密码、以及用户的详细资料；监测数据管理，用于监测数据的存储、查询和传输至远程用户端；异常状态信息管理，用于存储在起重机出现异常状态时，起重机对应的工况信息，并传输至中心服务端用于后续分析；数据分析模块，该模块是对起重机采集到的监测数据进行实时显示，同时结合损伤预警相关理论，对起重机的安全状态进行实时监控，在结构出现异常状态时能进行声光报警，提醒现场人员进行检查或维修，也可根据需要进行历史数据回放和相关报表信息的打印；中心服务端功能模块具体实现功能如下：数据管理模块，该模块用于监控系统相关的各类信息的数据接收、长期存储、查询管理；数据管理模块的各个子模块的具体功能如下：起重机信息管理，用于存储被监测起重机的基本信息；传感器信息管理、用户信息管理的功能与现场监控端的相同；监测数据管理，用于将接收到的现场监测数据进行压缩、分类、存储；异常状态信息管理，用于接收、存储现场起重机出现异常状态时，起重机对应的工况信息；数据分析模块，该模块对接收并存储在数据库中的监测数据进行历史数据回放、查询、打印；根据用户需要对数据进行相应的图形分析，对接收到的报警信息进行统计分析，进而评估起重机的安全状况，并给出合适的评估建议。本专利技术具有以下有益效果：1、通过多个光纤光栅传感器对大型工程机械进行分布式测量，测量点多，测量范围大，监测指标多样；多个光纤光栅传感器形成并联，避免了采用串联时其中一个传感器出故障导致整条线图瘫痪的弊病，对作业中的起重机结构健康状况进行实时在线监测，根据所测指标的数值对起重机进行危险状态预警，保证起重机的安全运行，结合预警机制完成结构健康评估，同时，通过在线传输系统将监测数据传输给服务中心，为起重机的使用、维护以及轻量化设计提供量化数据和安全保障，避免了因金属结构承载或振动过大而造成的事故发生，提高起重机的节能性和经济性，利用光纤光栅传感器技术使结构状态监测稳定性好，精度高，可用于长期监测。2、通过选用自带温度补偿的应变传感器（即集温度传感器和应力传感器一体的光纤传感器），温度片和应变片紧密连接保证二者一直处于同一温度场。应变片受被测物形变影响而温度片不受被测物形变影响，能较好的实现测试过程中的温度补偿。3、通过建立专门的服务中心收集不同企业多个测点的监测数据，一能减轻港口企业的数据存储压力，避免有用的数据信息被遗漏或清除；二能整合各港口企业的数据资源，进行大数据对比分析，挖掘出数据的潜在信息；从而为起重机的结构优化设计、能量损耗降低、日常作业管理、保养维修建议以及报废处理的全生命周期过程提供数据支撑。附图说明图1是本专利技术中服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统的客户端作业现场原理图；图中，1光纤光栅应变传感器，2光纤接线盒，3光纤分路器，4传导光纤，5光纤光栅传感解调仪，6现场计算机。图2是图1所示实施例中桥式起重机主梁的应力测量点的布置主视图。图3是图2的俯视图。图4是图2的左视图。图5为本专利技术中服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统的数据传输架构图；图中，区域Ⅰ表示客户端作业现场，区域Ⅱ表示客户端后方监控中心，区域Ⅲ表示服务中心，Ⅱ与Ⅰ同处于客户端局域网也就是企业内部网络内；a--交换机，b--无限节点，c--客本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：包括由中心服务器、服务功能组件构成的服务中心，以及由多个光纤光栅传感器、光纤光栅传感解调仪、光纤接线盒和现场计算机、客户端服务器构成的监测系统客户端，以及配套的软件系统，所述光纤接线盒内设有多个光纤分路器，多个光纤光栅传感器分布于起重机的测量点上，多个光纤光栅传感器采用并联连接，多个光纤光栅传感器分为多个组，每一组的光纤光栅传感器均与相对应的光纤分路器的出线端连接，光纤分路器的进线端通过传导光纤与光纤光栅传感解调仪连接，光纤光栅传感解调仪通过以太网与客户端服务器连接，客户端服务器通过互联网与服务中心内的中心服务器连接。

【技术特征摘要】
1.一种服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：包括由中心服务器、服务功能组件构成的服务中心，以及由多个光纤光栅传感器、光纤光栅传感解调仪、光纤接线盒和现场计算机、客户端服务器构成的监测系统客户端，以及配套的软件系统，所述光纤接线盒内设有多个光纤分路器，多个光纤光栅传感器分布于起重机的测量点上，多个光纤光栅传感器采用并联连接，多个光纤光栅传感器分为多个组，每一组的光纤光栅传感器均与相对应的光纤分路器的出线端连接，光纤分路器的进线端通过传导光纤与光纤光栅传感解调仪连接，光纤光栅传感解调仪通过以太网与客户端服务器连接，客户端服务器通过互联网与服务中心内的中心服务器连接。2.根据权利要求1所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器包含应变传感器、温度传感器、振动传感器、液位传感器。3.根据权利要求2所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器中应变传感器自带温度补偿，包含应力片和温度片，应力片和温度片紧密连接，应力片4个角均有焊点，温度片的一端同应变片相连，另一端悬空。4.根据权利要求1所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器外设有金属保护盒。5.根据权利要求1所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器尾芯通过防火套管防护，防火套管通过卡扣固定于起重机金属结构上。6.根据权利要求1所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：所述光纤光栅传感器的工作温度范围为：-40℃~80℃，光缆类型为：3mm铠装光缆。7.根据权利要求1所述的服务中心模式下的起重机结构健康在线监测系统，其特征在于：服务...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐承军，李俊朋，张娟娟，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42