一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法，根據(jù)人字門(mén)門(mén)體整體受力情況，位于水下門(mén)體結(jié)構(gòu)的門(mén)樞、門(mén)中縫、底止水、背拉桿以及在船閘開(kāi)啟閉過(guò)程中位于頂樞的AB桿為整個(gè)人字門(mén)受力最大的部位，在這些位置布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖裂紋檢測(cè)傳感器；其中光纖光柵應(yīng)變傳感器陣列用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén)體受力部位產(chǎn)生的形變位移量，光纖光柵溫度傳感器陣列用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，光纖裂紋檢測(cè)傳感器用來(lái)檢測(cè)光纖是否發(fā)生斷裂，從而判斷檢測(cè)點(diǎn)是否出現(xiàn)裂紋，同時(shí)在船閘運(yùn)行時(shí)，門(mén)體各部分受力不均，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，通過(guò)布設(shè)光纖振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén)體上下跳動(dòng)位移量。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及水工金屬結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài) 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 船閘人字門(mén)長(zhǎng)期工作在低速重載的工況條件下，在船閘開(kāi)啟閉運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于 受到涌浪、動(dòng)水載荷、水流沖擊和水體內(nèi)一些微生物、漂浮物的影響而引發(fā)門(mén)體振動(dòng)及門(mén)體 上下小形變位移量的頻繁跳動(dòng)，對(duì)人字門(mén)造成不可逆損傷，當(dāng)結(jié)構(gòu)損傷積累到一定程度，就 會(huì)引發(fā)諸如AB桿/背拉桿斷裂、門(mén)體深水區(qū)出現(xiàn)裂紋等嚴(yán)重后果，不僅影響通航，還會(huì)帶來(lái) 嚴(yán)重的社會(huì)影響和經(jīng)濟(jì)損失。因此，對(duì)船閘人字門(mén)各關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和健 康診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)損傷并評(píng)估其安全性，對(duì)提高安全通航效率，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安 全，具有重要現(xiàn)實(shí)意義。
[0003] 為保證船閘結(jié)構(gòu)安全，現(xiàn)有的檢測(cè)方法是采用定期停航人工檢修及六年一周期的 大修，不僅影響航道運(yùn)輸，更為重要的是人工檢測(cè)無(wú)法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且門(mén)體深層位置存在 漏檢的可能，從而帶來(lái)了很大的安全隱患。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明要設(shè)計(jì)一種可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并排除安 全隱患的船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè) 的傳感器布置方法，包括以下步驟：
[0006] A、確定光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0007] 光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用分布式安裝的方式布設(shè)在門(mén)樞、 門(mén)中縫內(nèi)側(cè)面兩側(cè)，其個(gè)數(shù)由下列公式確定：
[0009]其中：L為船閘正常運(yùn)行時(shí)淹沒(méi)水下部分高度，P為底止水高度，h為門(mén)體每層高度， η為光纖光柵應(yīng)變/溫度傳感器個(gè)數(shù)，η取整數(shù)；
[0010]在底止水部分選取左、中、右三處具有代表性的測(cè)試點(diǎn)布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器 和光纖光柵溫度傳感器；
[0011]在人字門(mén)開(kāi)啟閉過(guò)程中，主要靠ΑΒ桿施加外力使其緩慢勻速做圓周運(yùn)動(dòng)，因此ΑΒ 桿在整個(gè)船閘運(yùn)行中受力最大，最易產(chǎn)生形變，對(duì)人字門(mén)造成不可逆損傷，在ΑΒ桿的上表面 和側(cè)表面布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是很有必要的；
[0012]背拉桿包括交叉布置的主背拉桿和副背拉桿，起到緊湊門(mén)體結(jié)構(gòu)、均勻門(mén)體受力 的作用，在船閘運(yùn)行時(shí)其受力情況往往反映整個(gè)門(mén)體的受力情況;而主副背拉桿相交處、主 背拉桿節(jié)點(diǎn)板處和副背拉桿節(jié)點(diǎn)板處是背拉桿的關(guān)鍵部位，受力明顯且具有代表性，選取 作為光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器監(jiān)測(cè)布設(shè)點(diǎn)；
[0013] B、確定光纖裂紋檢測(cè)傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0014] 由于人字門(mén)水下部分在船閘運(yùn)行，開(kāi)閉合過(guò)程中受水流沖擊和水體內(nèi)一些微生 物、漂浮物的影響較大，故選取在人字門(mén)背水面靠近門(mén)樞和門(mén)中縫位置由下向上6格布設(shè)光 纖裂紋檢測(cè)傳感器，每格布置一個(gè)，共計(jì)12個(gè);并且底止水門(mén)體背水面橫向中心線(xiàn)處亦為裂 紋易發(fā)生區(qū)域，在此區(qū)域布設(shè)光纖裂紋檢測(cè)傳感器；
[0015] C、確定光纖振動(dòng)傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0016] 在船閘運(yùn)行過(guò)程中，門(mén)體各個(gè)部位都會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，其中垂直于門(mén)體和 沿門(mén)軸方向的振動(dòng)最為明顯，對(duì)實(shí)際工程中監(jiān)測(cè)人字門(mén)健康狀態(tài)也最具影響意義，因此在 人字門(mén)頂樞、連門(mén)軸、底樞和啟閉齒輪4個(gè)位置布設(shè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)均在y、z兩個(gè)方 向布設(shè)光纖振動(dòng)傳感器，共計(jì)8個(gè)。
[0017] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0018] 1、本發(fā)明根據(jù)人字門(mén)門(mén)體整體受力情況，位于水下門(mén)體結(jié)構(gòu)的門(mén)樞、門(mén)中縫、底止 水、背拉桿以及在船閘開(kāi)啟閉過(guò)程中位于頂樞的AB桿為整個(gè)人字門(mén)受力最大的部位，在這 些位置布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖裂紋檢測(cè)傳感器;其中光纖光 柵應(yīng)變傳感器陣列用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén)體受力部位產(chǎn)生的形變位移量，光纖光柵溫度傳感器陣 列用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，光纖裂紋檢測(cè)傳感器用來(lái)檢測(cè)光纖是否發(fā)生斷裂，從而判斷檢測(cè)點(diǎn) 是否出現(xiàn)裂紋，同時(shí)在船閘運(yùn)行時(shí)，門(mén)體各部分受力不均，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，通過(guò)布 設(shè)光纖振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén)體上下跳動(dòng)位移量。
[0019] 2、本發(fā)明相比于傳統(tǒng)的定期停航人工檢修的方法更加便捷高效，不僅出錯(cuò)率低， 而且可以做到人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，同時(shí)也便于分布式安裝、走線(xiàn)更優(yōu)化、數(shù) 據(jù)傳輸方便快捷。
[0020] 3、本發(fā)明將傳感器布置到船閘人字門(mén)所有最容易出現(xiàn)安全隱患的位置，從而有效 地排除了安全隱患問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為本發(fā)明的人字門(mén)框架圖。
[0022] 圖中：1、主副背拉桿相交處，2、主背拉桿節(jié)點(diǎn)板處，3、副背拉桿節(jié)點(diǎn)板處，4、門(mén)中 縫，5、門(mén)樞，6、底止水，7、背拉桿，8、AB桿。
【具體實(shí)施方式】
[0023] 以下將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述:應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說(shuō)明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024] 本發(fā)明的基本思想是綜合利用光纖光柵應(yīng)變傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖 裂紋檢測(cè)傳感器、光纖振動(dòng)傳感器，經(jīng)過(guò)合理規(guī)范地布局構(gòu)成傳感器網(wǎng)絡(luò)，對(duì)船閘進(jìn)行遠(yuǎn)程 在線(xiàn)監(jiān)控，實(shí)時(shí)獲取船閘人字門(mén)的健康狀態(tài)信息。
[0025]本實(shí)施例的具體步驟如下：
[0026]如圖1所示，一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法，包括以下步 驟：
[0027] A、確定光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0028] 光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用分布式安裝的方式布設(shè)在門(mén)樞 5、門(mén)中縫4內(nèi)側(cè)面兩側(cè)，其個(gè)數(shù)由下列公式確定：
[0030] 其中：L為船閘正常運(yùn)行時(shí)淹沒(méi)水下部分高度，P為底止水6高度，h為門(mén)體每層高 度，η為光纖光柵應(yīng)變/溫度傳感器個(gè)數(shù)，η取整數(shù)；
[0031] 在底止水6部分選取左、中、右三處具有代表性的測(cè)試點(diǎn)布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器 和光纖光柵溫度傳感器；
[0032]在人字門(mén)開(kāi)啟閉過(guò)程中，主要靠ΑΒ桿8施加外力使其緩慢勻速做圓周運(yùn)動(dòng)，因此ΑΒ 桿8在整個(gè)船閘運(yùn)行中受力最大，最易產(chǎn)生形變，對(duì)人字門(mén)造成不可逆損傷，在ΑΒ桿8的上表 面和側(cè)表面布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是很有必要的；
[0033] 背拉桿7包括交叉布置的主背拉桿和副背拉桿，起到緊湊門(mén)體結(jié)構(gòu)、均勻門(mén)體受力 的作用，在船閘運(yùn)行時(shí)其受力情況往往、反映整個(gè)門(mén)體的受力情況;而主副背拉桿相交處1、 主背拉桿節(jié)點(diǎn)板處2和副背拉桿節(jié)點(diǎn)板處3是背拉桿7的關(guān)鍵部位，受力明顯且具有代表性， 選取作為光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器監(jiān)測(cè)布設(shè)點(diǎn)；
[0034] Β、確定光纖裂紋檢測(cè)傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0035] 由于人字門(mén)水下部分在船閘運(yùn)行，開(kāi)閉合過(guò)程中受水流沖擊和水體內(nèi)一些微生 物、漂浮物的影響較大，故選取在人字門(mén)背水面靠近門(mén)樞5和門(mén)中縫4位置由下向上6格布設(shè) 光纖裂紋檢測(cè)傳感器，每格布置一個(gè)，共計(jì)12個(gè);并且底止水6門(mén)體背水面橫向中心線(xiàn)處亦 為裂紋易發(fā)生區(qū)域，在此區(qū)域布設(shè)光纖裂紋檢測(cè)傳感器；
[0036] C、確定光纖振動(dòng)傳感器的位置和個(gè)數(shù)：
[0037] 在船閘運(yùn)行過(guò)程中，門(mén)體各個(gè)部位都會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，其中垂直于門(mén)體和 沿門(mén)軸方向的振動(dòng)最為明顯，對(duì)實(shí)際工程中監(jiān)測(cè)人字門(mén)健康狀態(tài)也最具影響意義，因此在 人字門(mén)頂樞、連門(mén)軸、底樞和啟閉齒輪4個(gè)位置布設(shè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)均在y、z兩個(gè)方 向布設(shè)光纖振動(dòng)傳感器，共計(jì)8個(gè)。
[0038] 人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布局包括光纖光柵應(yīng)變傳感器陣列、光纖光柵 溫度傳感器陣列、光纖裂紋檢測(cè)傳感器、光纖振動(dòng)傳感器;根據(jù)人字門(mén)門(mén)體整體受力情況， 位于水下門(mén)體結(jié)構(gòu)的門(mén)樞(5)、門(mén)中縫(4)、底止水(6)、背拉桿(7)以及在船閘開(kāi)啟閉過(guò)程中 位于頂樞的AB桿(8)為整個(gè)人字門(mén)受力最大的部位，在這些位置布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器、 光纖光柵溫度傳感器、光纖裂紋檢測(cè)傳感器;其中光纖光柵應(yīng)變傳感器陣列用來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè) 門(mén)體受力部位產(chǎn)生的形變位移量，光纖光柵溫度傳感器陣列用來(lái)進(jìn)行溫度補(bǔ)償，光纖裂紋 檢測(cè)傳感器用來(lái)檢測(cè)光纖是否發(fā)生斷裂，從而判斷檢測(cè)點(diǎn)是否出現(xiàn)裂紋，同時(shí)在船閘運(yùn)行 時(shí)，門(mén)體各部分受力不均，會(huì)產(chǎn)生不同頻率的振動(dòng)，通過(guò)布設(shè)光纖振動(dòng)傳感器來(lái)實(shí)時(shí)檢測(cè)門(mén) 體上下跳動(dòng)位移量；
[0039] 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若對(duì)本發(fā)明 的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這 些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種船閘人字門(mén)健康狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的傳感器布置方法，其特征在于:包括以下步驟： A、確定光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器的位置和個(gè)數(shù)： 光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器采用分布式安裝的方式布設(shè)在門(mén)樞(5)、 門(mén)中縫(4)內(nèi)側(cè)面兩側(cè)，其個(gè)數(shù)由下列公式確定：其中：L為船閘正常運(yùn)行時(shí)淹沒(méi)水下部分高度，P為底止水(6)高度，h為門(mén)體每層高度，η 為光纖光柵應(yīng)變/溫度傳感器個(gè)數(shù)，η取整數(shù)； 在底止水(6)部分選取左、中、右三處具有代表性的測(cè)試點(diǎn)布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和 光纖光柵溫度傳感器； 在人字門(mén)開(kāi)啟閉過(guò)程中，主要靠 AB桿(8)施加外力使其緩慢勻速做圓周運(yùn)動(dòng)，因此AB桿 (8)在整個(gè)船閘運(yùn)行中受力最大，最易產(chǎn)生形變，對(duì)人字門(mén)造成不可逆損傷，在AB桿(8)的上 表面和側(cè)表面布設(shè)光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是很有必要 的； 背拉桿(7)包括交叉布置的主背拉桿和副背拉桿，起到緊湊門(mén)體結(jié)構(gòu)、均勻門(mén)體受力的 作用，在船閘運(yùn)行時(shí)其受力情況往往反映整個(gè)門(mén)體的受力情況;而主副背拉桿相交處（1)、 主背拉桿節(jié)點(diǎn)板處(2)和副背拉桿節(jié)點(diǎn)板處(3)是背拉桿(7)的關(guān)鍵部位，受力明顯且具有 代表性，選取作為光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖光柵溫度傳感器監(jiān)測(cè)布設(shè)點(diǎn)； Β、確定光纖裂紋檢測(cè)傳感器的位置和個(gè)數(shù)： 由于人字門(mén)水下部分在船閘運(yùn)行、開(kāi)閉合過(guò)程中受水流沖擊和水體內(nèi)一些微生物、漂 浮物的影響較大，故選取在人字門(mén)背水面靠近門(mén)樞(5)和門(mén)中縫(4)位置由下向上6格布設(shè) 光纖裂紋檢測(cè)傳感器，每格布置一個(gè)，共計(jì)12個(gè);并且底止水(6)門(mén)體背水面橫向中心線(xiàn)處 亦為裂紋易發(fā)生區(qū)域，在此區(qū)域布設(shè)光纖裂紋檢測(cè)傳感器； C、確定光纖振動(dòng)傳感器的位置和個(gè)數(shù)： 在船閘運(yùn)行過(guò)程中，門(mén)體各個(gè)部位都會(huì)產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)，其中垂直于門(mén)體和沿門(mén) 軸方向的振動(dòng)最為明顯，對(duì)實(shí)際工程中監(jiān)測(cè)人字門(mén)健康狀態(tài)也最具影響意義，因此在人字 門(mén)頂樞、連門(mén)軸、底樞和啟閉齒輪4個(gè)位置布設(shè)振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每一監(jiān)測(cè)點(diǎn)均在y、z兩個(gè)方向布 設(shè)光纖振動(dòng)傳感器，共計(jì)8個(gè)。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK106017572SQ201610572975
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月20日
【發(fā)明人】烏旭, 熊木地, 毛波, 王瑩
【申請(qǐng)人】大連海事大學(xué)