專利名稱：基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于起重機械健康監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
起重機械為一種鋼制容器設(shè)備，在石油煉制工業(yè)和石油化工中主要用于貯存和運輸液態(tài)或氣態(tài)物料。由于起重機械在使用過程中，受內(nèi)部壓力和外界環(huán)境的影響，會逐漸出現(xiàn)一些危險部位，例如因裂縫擴展、塑性變形或相變等現(xiàn)象而增加起重機械泄漏的危險性，所以，為 保證起重機械的安全使用，常常需要對起重機械進(jìn)行健康檢測?，F(xiàn)有起重機械健康檢測方法一般包括以下兩類(一)人工直接目測檢查即通過肉眼直接觀察起重機械表面的外觀，從而判斷起重機械是否存在危險部位。該方法存在的主要缺陷為一方面，需要具有豐富經(jīng)驗的人員才能進(jìn)行目測檢查，從而限制了其應(yīng)用；另一方面，人工目測檢查通常只能對起重機械的健康狀況給出定性結(jié)論，無法量化，而且，對起重機械健康狀況的結(jié)論主觀性較強，難以對起重機械健康狀況做出精確的評價。(二)采用便攜式儀器監(jiān)測起重機械的健康狀況即，當(dāng)需要監(jiān)測起重機械的健康狀況時，在起重機械表面安裝某一檢測儀器，從而檢測起重機械的健康狀況。該種方法存在的主要缺陷為實時性差，無法對起重機械的健康狀況進(jìn)行長期有效的監(jiān)測。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本實用新型提供一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，由于采用光纖光柵傳感技術(shù)，可以對起重機械的健康狀況實時監(jiān)測，并且，還具有監(jiān)測精度高和抗干擾能力強的優(yōu)點。本實用新型采用的技術(shù)方案如下本實用新型提供一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括第一信號稱合器、寬帶光源、第二信號稱合器、匹配光柵陣列、光電轉(zhuǎn)換模塊、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、嵌入式信號處理控制器、計算機和安裝在待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位的傳感光纖光柵陣列；其中，所述第一信號耦合器的第一端與所述寬帶光源連接，所述第一信號耦合器的第二端與所述傳感光纖光柵陣列連接，所述第一信號耦合器的第三端與所述第二信號耦合器連接，所述第二信號耦合器的第一端與所述匹配光柵陣列連接，所述第二信號耦合器的第二端與所述嵌入式信號處理控制器的第一端之間依次連接所述光電轉(zhuǎn)換模塊、所述放大器和所述A/D轉(zhuǎn)換電路；所述嵌入式信號處理控制器的第二端與所述計算機連接。優(yōu)選的，還包括D/A轉(zhuǎn)換模塊；所述嵌入式信號處理控制器的第三端與所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述匹配光柵陣列連接。優(yōu)選的，所述嵌入式信號處理控制器為FPGA或DSP。優(yōu)選的，所述匹配光柵陣列為具有壓電陶瓷的匹配光柵陣列。[0011]優(yōu)選的，所述傳感光纖光柵陣列包括ー個以上光纖光柵傳感器；各個所述光纖光柵傳感器通過光纖串聯(lián)。優(yōu)選的，所述光纖光柵傳感器包括自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器和/或光纖加速度傳感器。優(yōu)選的，所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位包括所述待監(jiān)測起重機械的焊縫處、所述待監(jiān)測起重機械的母材處和所述待監(jiān)測起重機械的支腿處中的ー種或幾種。優(yōu)選的，所述傳感光纖光柵陣列通過焊接的方式直接焊在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處和/或所述傳感光纖光柵陣列通過磁吸附的方式固定在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處。本實用新型的有益效果如下本實用新型提供的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)測起重機械在各種環(huán)境、荷載等因素作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，井能有效地提供起重機械養(yǎng)護(hù)管理的科學(xué)依據(jù)，顯著提高起重機械的整體管理水平，最大限度地確保起重機械安全運營，預(yù)診斷故障和延長起重機械使用壽命。而且，還具有監(jiān)測精度高和抗干擾能力強的優(yōu)點

圖I為本實用新型提供的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型提供的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)中軟件模塊圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型提供的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說明。如圖I所示，為本實用新型實施例提供的一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括第一信號稱合器、寬帶光源、第二信號稱合器、匹配光柵陣列、光電轉(zhuǎn)換模塊、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、嵌入式信號處理控制器、計算機和安裝在待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位的傳感光纖光柵陣列；其中，所述第一信號耦合器的第一端與所述寬帶光源連接，所述第一信號耦合器的第二端與所述傳感光纖光柵陣列連接，所述第一信號耦合器的第三端與所述第二信號耦合器連接，所述第二信號耦合器的第一端與所述匹配光柵陣列連接，所述第二信號耦合器的第二端與所述嵌入式信號處理控制器的第一端之間依次連接所述光電轉(zhuǎn)換模塊、所述放大器和所述A/D轉(zhuǎn)換電路；所述嵌入式信號處理控制器的第二端與所述計算機連接。另外，還包括D/A轉(zhuǎn)換模塊；所述嵌入式信號處理控制器的第三端與所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述匹配光柵陣列連接。其中，嵌入式信號處理控制器為FPGA或DSP。匹配光柵陣列可以為具有壓電陶瓷的匹配光柵陣列。傳感光纖光柵陣列包括ー個以上光纖光柵傳感器；各個所述光纖光柵傳感器通過光纖串聯(lián)。本實用新型中，傳感光纖光柵陣列可以通過焊接的方式直接焊在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處和/或所述傳感光纖光柵陣列可以通過磁吸附的方式固定在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處。其中，待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位包括起重機械鋼箱梁和/或起重機械主梁。。本實用新型提供的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)采用匹配光柵解調(diào)法對光纖光柵傳感網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行解調(diào)，其工作原理如圖I所示寬帶光源BBS發(fā)出的光經(jīng)過第一信號耦合器入射到傳感光纖光柵陣列，只有滿足Bragg條件的光才被反射回來，經(jīng)過第一信號耦合器和第二信號耦合器后進(jìn)入匹配光柵陣列，通過在匹配光柵陣列的壓電陶瓷上施加鋸齒波掃描電壓信號，調(diào)節(jié)匹配光柵陣列的中心波長而使其在一定范圍內(nèi)變化。當(dāng)匹配光柵陣列的反射譜峰與傳感光纖光柵陣列的反射譜峰重合時，經(jīng)過匹配光柵陣列反射的光強最大，此反射光匯聚到光電轉(zhuǎn)換模塊上，光電轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，經(jīng)放大器放大和A/D轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換后，通過嵌入式信號處理控制器控制實時采集此電壓信號并找出其最大值，此最大值即為經(jīng)過匹配光柵陣列反射后所對應(yīng)的最大光強。同時根據(jù)此最大值可以確定施加在匹配光柵陣列上相對應(yīng)的電壓值，再根據(jù)反射譜峰值波長和掃描電壓的關(guān)系，便可得出傳感光纖光柵陣列受外界物理量影響后波長漂移量，最后根據(jù)傳感器外界物理量與波長的編碼關(guān)系式即可計算出待測物理量應(yīng)變、振動等的大小。在上述過程中，在匹配光柵陣列的壓電陶瓷上施加鋸齒波掃描電壓信號是由嵌入式信號處理控制器控制的。另外，本實用新型中，光纖光柵傳感器包括自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器和光纖加速度傳感器。下面對這兩類傳感器分別介紹(I)自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器是針對起重機械鋼箱梁應(yīng)變監(jiān)測而開發(fā)。采用了獨有的溫度自補償技術(shù)及應(yīng)變增敏技術(shù)，具有較高的測量分辨率、測量精度和優(yōu)良的溫度補償能力。其技術(shù)性能參數(shù)如表I所示。表I自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器性能參數(shù)
權(quán)利要求1.一種基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括第一信號率禹合器、寬帶光源、第二信號稱合器、匹配光柵陣列、光電轉(zhuǎn)換模塊、放大器、A/D轉(zhuǎn)換電路、嵌入式信號處理控制器、計算機和安裝在待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位的傳感光纖光柵陣列；其中，所述第一信號耦合器的第一端與所述寬帶光源連接，所述第一信號耦合器的第二端與所述傳感光纖光柵陣列連接，所述第一信號耦合器的第三端與所述第二信號耦合器連接，所述第二信號耦合器的第一端與所述匹配光柵陣列連接，所述第二信號耦合器的第二端與所述嵌入式信號處理控制器的第一端之間依次連接所述光電轉(zhuǎn)換模塊、所述放大器和所述A/D轉(zhuǎn)換電路；所述嵌入式信號處理控制器的第二端與所述計算機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在干，還包括D/A轉(zhuǎn)換模塊；所述嵌入式信號處理控制器的第三端與所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸入端連接，所述D/A轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與所述匹配光柵陣列連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述嵌入式信號處理控制器為FPGA或DSP。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述匹配光柵陣列為具有壓電陶瓷的匹配光柵陣列。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光纖光柵陣列包括ー個以上光纖光柵傳感器；各個所述光纖光柵傳感器通過光纖串聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光柵傳感器包括自溫補光纖光柵應(yīng)變傳感器和/或光纖加速度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位包括起重機械鋼箱梁和/或起重機械主梁。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述傳感光纖光柵陣列通過焊接的方式直接焊在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處和/或所述傳感光纖光柵陣列通過磁吸附的方式固定在所述待監(jiān)測起重機械表面關(guān)鍵部位處。
專利摘要本實用新型提供的基于光纖光柵傳感技術(shù)的起重機械健康監(jiān)測系統(tǒng)，通過在起重機械表面關(guān)鍵部位安裝光纖光柵傳感器，能夠?qū)崟r監(jiān)測起重機械在各種環(huán)境、荷載等因素作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，并能有效地提供起重機械養(yǎng)護(hù)管理的科學(xué)依據(jù)，顯著提高起重機械的整體管理水平，最大限度地確保起重機械安全運營，預(yù)診斷故障和延長起重機械使用壽命。而且，還具有監(jiān)測精度高和抗干擾能力強的優(yōu)點。
文檔編號B66C15/00GK202518951SQ20122009878
公開日2012年11月7日 申請日期2012年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月15日
發(fā)明者丁克勤, 李娜, 王志杰, 王浩, 趙娜 申請人:中國特種設(shè)備檢測研究院, 北京中檢希望科技有限公司