一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法及其设备技术

本发明专利技术涉及一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于：建立数据库：准备上位机，在上位机建立数据库，并且将模拟待测板与数据库之间设置电通讯；安装模拟待测板：将模拟待测板与光纤光栅应变传感器进行表面粘合，形成等效应变；安装光纤光栅解调仪表：将光纤光栅应变传感器接光纤光栅解调仪表；安装模拟振动分析装置；模拟分析：得到模拟待测板在其固有频率振动状态下的光纤光栅应变传感器的应变，并且将其确定为校准源数据Z1，存储到数据库中；启动光纤光栅解调仪表程序：得到光纤光栅应变传感器的实际应变数据Z2；对比和标定：将步骤S5、S6得出的数据在上位机的显示屏中显示，并且进行对比和标定。本发明专利技术的校准效果好，校准精度高。校准精度高。校准精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法及其设备


[0001]本专利技术涉及船舶检测
，尤其是涉及一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法及其设备。

技术介绍

[0002]随着世界贸易与经济的发展，国际航运业发挥着至关重要的作用，全球经济一体化的发展离不开航运业的支持，同时也推动着航运业蓬勃发展。船舶作为航运业的重要交通工具，其安全性能也是人们关注的焦点。船体结构强度是决定船舶安全性能的重要因素之一，船级社在船舶设计与建造过程中制定了相关规范及标准，对建造工艺以及船舶的维修保养提出了相关要求和计划，从而保证船体结构的强度能承受环境载荷的破坏。然而，船舶航行在海洋环境中，其结构承受的外载荷具有很强的随机性，并且在设计和建造过程中很难对这些随机因素进行准确的预报。因此，人们提出船舶结构应力监测与评估系统来保障船舶在工作过程中的安全。
[0003]船舶结构应力监测与评估系统是将传感器布置在船体结构中，通过计算机对采集的数据进行分析处理，以达到结构安全监测的目标。该系统能够实时监测船体关键结构，并通过传感器采集的数据对当前环境下船体结构强度进行评估，能够对船舶设计提供指导经验，同时为决策者展现最新的真实可靠数据，保证船舶人员和物品的安全，提高船舶预测风险的能力，增强船舶安全性能，为保障船舶健康航行给予科学依据。我国对船舶结构健康监测技术的研究正逐步发展，对该领域的探索也越来越重视。为了进一步提高船舶结构应力监测与评估系统在实际应用中的适用性和可靠性，本文还需要对船舶结构应力监测与评估系统进行深入的研究和完善。通过对船舶结构应力监测与评估系统的各项功能优化改进，有利于提高系统在实际应用中的可行性和适用性。通过对船舶监测光纤光栅传感器的性能检验，有利于选取出适用于船舶结构监测中的光纤光栅传感器类型。通过对船用光纤光栅传感器故障诊断的研究，有利于避免或减小由于传感器故障造成的系统失效。通过船舶结构应力监测与评估系统样机的建立，以及对系统的各项功能进行验证，有利于对系统样机进一步进行优化和完善，使系统最终能够满足工程实际应用中各方面要求。
[0004]国内对船舶结构监测与评估系统的研究尚处在初步发展阶段，2002年大连新船重工为伊朗建造的30万吨油轮上安装的船舶结构监测系统，这是国内首次接触到船舶结构监测系统。该系统的硬件根据DNV船级社规范要求进行配置，英国Strainstall公司提供系统全部硬件，国外科研人员完成系统调试和交验工作，系统安装由大连船厂责，这也是我国首次装配船舶结构监测系统为国外船东；北京师范大学何琚研究了船体甲板变形实时监测光纤光栅传感技术应用的问题，经过理论与试验研究表明了方法的可靠性。2007年武汉理工大学张岚等与CCS船级社合作开展了《船体结构与运动状态监控专题研究》的研究，研究了船舶结构健康监测中光纤光栅传感技术的合理有效应用。
[0005]光纤光栅传感器的光纤是光导纤维的检测，他是工作在光波波段的一种介质波导，而应变会直接影响波长飘逸，因此在船舶监测评估系统的研发中，对光纤光栅应变传感
器的校准这一方向极具研究意义；传统的光纤光栅传感器通常是使用激光扫描镜头和激励装置进行模拟检测的方式对光纤光栅应变传感器进行校准的，这一方式往往，需要使用大型校准设备，导致不能实现现场校准的目的，而且激光扫描镜头通常是采用人工手动进行调整，对于一些细小的角度调节，就比较难以实现，从而导致难以达到精确的测试角度；影响校准的结果。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法及其设备。
[0007]本专利技术的技术方案是这样实现的：一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于：包括如下步骤：
[0008]S1建立数据库：准备上位机，在上位机建立数据库，并且将模拟待测板与数据库之间设置电通讯；
[0009]S2安装模拟待测板：将模拟待测板与安装在船舶上的光纤应变传感器进行表面粘合，形成等效应变的目的；
[0010]S3安装光纤光栅解调仪表：将光纤光栅应变传感器通过传输光缆连接光纤光栅解调仪表的光纤接头，将光纤光栅调节仪表通过导线与上位机电连接；
[0011]S4确定标准应变值：在模拟待测板实验测得标准光纤光栅传感器的应变值，记录为Z1；
[0012]S5启动光纤光栅解调仪表程序：启动光纤光栅解调仪表程序，得到光纤光栅传感器的初始波长和反射光中心波长的变化，并且根据分析方法得到模拟带侧板在其固有频率振动下的中心波长变化值，从而得到光纤光栅应变传感器的实际应变数据Z2；
[0013]S6对比和标定：将步骤S5、S6得出的数据在上位机的显示屏中显示，并且进行对比和标定。
[0014]优选为：所述步骤S4中的确定标准应变值的方法包括如下方法：
[0015]使用标准光纤光栅应变传感器作为传递标准，所述标准光纤光栅应变传感器经过实验室校准，其量值已经溯源，应变灵敏度系数已知；
[0016]同步读取标准光纤光栅应变传感器和被校光纤光栅应变传感器的数据，其中标准光纤光栅应变传感器读取测得的应变值记录为Z1。
[0017]优选为：所述步骤S4中的确定标准应变值的方法包括如下方法：
[0018]安装模拟振动分析装置：将模拟振动分析装置安装在光纤光栅应变传感器的正上方；
[0019]模拟分析：启动模拟振动分析装置分析计算，得到模拟待测板在其固有频率振动状态下的光纤光栅应变传感器的指定范围内的应变，并且将其确定为校准源数据Z1，存储到数据库中；
[0020]所述模拟分析方法包括对模拟待测板进行激振操作、测试储存激振力、记录模拟待测板在其固有频率振动状态下位移量，将两者进行数据分析计算应变量。
[0021]优选为：所述步骤S4还包括计算分析模拟待测板所受到的激振力，并且对超出载荷的激振力计算识别，并且发出警报。
[0022]与现有技术相比本专利技术带来的有益效果为：本专利技术是以封装前线状结构的光纤光栅应变传感器为例提出的，其方法具有这样的特点：采用垂直于模拟待测板表面的局部范围内高密集点的横向振动速度分布场，分析得到平行于模拟待测板的纵向应变分布，并通过分析得到校准的应变源；其方法也可以应用于封装后的具有一定宽度的光纤光栅应变传感器；另外，该校准方法方便、快捷，特点是在线校准、原位校准和动态校准，这些特点使得其适合工程应用，可以为粘贴后的裸FBG传感器以及封装后的光纤光栅应变传感器提供动态灵敏系数；本专利技术也可以应用于检查传感器粘贴是否满足要求，对长期使用后的传感器，其还可以对其灵敏系数进行校正。
[0023]并且，采用标准光纤光栅应变传感器作为传递标准这样的方式，其量值已经溯源，应变灵敏度系数已知，这样的方式进行校准，使用方便简单，并且在同步校准的过程中其校准的精度高。
[0024]除此之外，还需要说明的是：该校准方式可以实现现场校准，对环境适应能力高，并且避免环境变量引起的校准误差，提高校准的精度和效果。
[0025]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于：包括如下步骤：S1建立数据库：准备上位机，在上位机建立数据库，并且将模拟待测板与数据库之间设置电通讯；S2安装模拟待测板：将模拟待测板与安装在船舶上的光纤应变传感器进行表面粘合，形成等效应变的目的；S3安装光纤光栅解调仪表：将光纤光栅应变传感器通过传输光缆连接光纤光栅解调仪表的光纤接头，将光纤光栅调节仪表通过导线与上位机电连接；S4确定标准应变值：在模拟待测板实验测得标准光纤光栅传感器的应变值，记录为Z1；S5启动光纤光栅解调仪表程序：启动光纤光栅解调仪表程序，得到光纤光栅传感器的初始波长和反射光中心波长的变化，并且根据分析方法得到模拟带侧板在其固有频率振动下的中心波长变化值，从而得到光纤光栅应变传感器的实际应变数据Z2；S6对比和标定：将步骤S5、S6得出的数据在上位机的显示屏中显示，并且进行对比和标定。2.根据权利要求1所述的一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于：所述步骤S4中的确定标准应变值的方法包括如下方法：使用标准光纤光栅应变传感器作为传递标准，所述标准光纤光栅应变传感器经过实验室校准，其量值已经溯源，应变灵敏度系数已知；同步读取标准光纤光栅应变传感器和被校光纤光栅应变传感器的数据，其中标准光纤光栅应变传感器读取测得的应变值记录为Z1。3.根据权利要求1所述的一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于：所述步骤S4中的确定标准应变值的方法包括如下方法：安装模拟振动分析装置：将模拟振动分析装置安装在光纤光栅应变传感器的正上方；模拟分析：启动模拟振动分析装置分析计算，得到模拟待测板在其固有频率振动状态下的光纤光栅应变传感器的指定范围内的应变，并且将其确定为校准源数据Z1，存储到数据库中；所述模拟分析方法包括对模拟待测板进行激振操作、测试储存激振力、记录模拟待测板在其固有频率振动状态下位移量，将两者进行数据分析计算应变量。4.根据权利要求3所述的一种船用光纤光栅应变传感器的现场校准方法，其特征在于。所述步骤S4还包括计算分析模拟待测板所受到的激振力，并且对超出载荷的激振力计算识别，并且发出警报。5.一种船用光纤光栅应变传感器的校准设备，其特征在于：包括模拟待测板、边界支撑构件、光纤光栅解调仪表、上位机以及模拟振动分析装置。所述模拟待测板为技术材料的矩形平板、通过连接件安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：江舒，李涛，孟栋成，胡伊，吉海，
申请(专利权)人：衢州学院，
类型：发明
国别省市：