[發(fā)明專利]基于分布式光纖傳感技術(shù)結(jié)構(gòu)埋藏裂紋在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711104271.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-10
• 公開（公告）號(hào): CN108007935B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁克勤;陳力
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)特種設(shè)備檢測(cè)研究院;北京中檢希望科技有限公司
• 主分類號(hào): G01N21/88
• 分類號(hào): G01N21/88
• 代理公司: 北京律譜知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發(fā)明提供一種基于分布式光纖傳感技術(shù)結(jié)構(gòu)埋藏裂紋在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在線監(jiān)測(cè)模塊、損失機(jī)理研究模塊、多尺度動(dòng)力分析模塊、損傷特征提取模塊、損傷智能識(shí)別模塊和損傷評(píng)估模塊，其中在線監(jiān)測(cè)模塊包括對(duì)起重裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行外界激勵(lì)，采用分布式光纖傳感技術(shù)對(duì)所述起重裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)表面和內(nèi)部裂紋，實(shí)時(shí)捕捉裂紋狀態(tài)，對(duì)裂紋形成、裂紋擴(kuò)展和臨界破壞進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，獲得了監(jiān)測(cè)信號(hào)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于分布式光纖傳感技術(shù)結(jié)構(gòu)埋藏裂紋在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

縱觀國(guó)內(nèi)外分布式光纖傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，當(dāng)前分布式光纖傳感技術(shù)能夠應(yīng)用于結(jié)構(gòu)表面裂紋的長(zhǎng)期在線監(jiān)測(cè)。同時(shí)，普通常規(guī)的結(jié)構(gòu)裂紋靜態(tài)無(wú)損檢測(cè)方法有目視、滲透、渦流、磁粉、超聲、射線等，各有利弊，但有一點(diǎn)是共同的，都需要結(jié)構(gòu)停止運(yùn)行，在靜態(tài)下來進(jìn)行，且需全面檢測(cè)。檢測(cè)位置和間隔必須依據(jù)于結(jié)構(gòu)以前使用中出現(xiàn)缺陷的統(tǒng)計(jì)特征，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)第一次檢查未發(fā)現(xiàn)的裂紋，到下一間隔第二次檢查裂紋已經(jīng)很長(zhǎng)，就需拆分結(jié)構(gòu)做斷口分析來反推確定裂紋形成壽命。

光纖傳感技術(shù)具有質(zhì)輕、抗電磁干擾、耐高濕、電絕緣、信號(hào)衰減小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在工程監(jiān)測(cè)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生命科學(xué)等領(lǐng)域。特別地，光纖既可以作為傳感元件也可以作為傳輸元件使用，通過傳輸光纖傳感單元的串聯(lián)可形成分布式光纖傳感器。它與點(diǎn)式傳感器相比顯著優(yōu)點(diǎn)為可以對(duì)被測(cè)構(gòu)件進(jìn)行連續(xù)分布監(jiān)測(cè)，彌補(bǔ)了點(diǎn)式傳感器監(jiān)測(cè)盲區(qū)問題，避免重大漏測(cè)險(xiǎn)情，提高被測(cè)構(gòu)件監(jiān)測(cè)的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于分布式光纖傳感技術(shù)結(jié)構(gòu)埋藏裂紋在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括在線監(jiān)測(cè)模塊、損失機(jī)理研究模塊、多尺度動(dòng)力分析模塊、損傷特征提取模塊、損傷智能識(shí)別模塊和損傷評(píng)估模塊，其中在線監(jiān)測(cè)模塊包括對(duì)起重裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行外界激勵(lì)，采用分布式光纖傳感技術(shù)對(duì)所述起重裝備結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，檢測(cè)表面和內(nèi)部裂紋，實(shí)時(shí)捕捉裂紋狀態(tài)，對(duì)裂紋形成、裂紋擴(kuò)展和臨界破壞進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，獲得了監(jiān)測(cè)信號(hào)。

本發(fā)明所采用先進(jìn)的分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——同時(shí)屬于動(dòng)態(tài)裂紋監(jiān)測(cè)發(fā)明，動(dòng)態(tài)裂紋監(jiān)控技術(shù)可以彌補(bǔ)常規(guī)無(wú)損檢測(cè)的不足，實(shí)時(shí)捕捉裂紋狀態(tài)，主要關(guān)鍵部位確定后，即可從裂紋形成——裂紋擴(kuò)展——臨界破壞跟蹤監(jiān)測(cè)。

本發(fā)明針對(duì)多類型缺陷(表面/內(nèi)部裂紋，應(yīng)力應(yīng)變，形變)——主要是結(jié)構(gòu)表面和近表面裂紋機(jī)械裝備進(jìn)行高速在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估。主要針對(duì)2個(gè)方面的科學(xué)和技術(shù)問題：結(jié)構(gòu)材料疲勞裂紋損傷和缺陷演化在線監(jiān)測(cè)技術(shù)；結(jié)構(gòu)損傷智能識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。

本發(fā)明可解決結(jié)構(gòu)裂紋的巡檢監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)裂紋缺陷演化機(jī)理、結(jié)構(gòu)剩余壽命評(píng)估等問題，適應(yīng)基于服役狀態(tài)的系統(tǒng)維護(hù)與壽命評(píng)估的應(yīng)用難點(diǎn)需求，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)式壓力容器、大型游樂設(shè)施或起重裝備等重大機(jī)械裝備的在役無(wú)損監(jiān)測(cè)與評(píng)估。

附圖說明

圖1是分布式光纖布置示意圖；圖2是技術(shù)路線和設(shè)計(jì)圖；

圖3是分布式光纖傳感網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；

圖4是由監(jiān)測(cè)的局部應(yīng)變得到整體的應(yīng)變場(chǎng)的線性插值；

圖5是由監(jiān)測(cè)的局部應(yīng)變得到整體的應(yīng)變場(chǎng)的二次插值。

具體實(shí)施方式

當(dāng)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)宏觀裂紋和在裂紋宏觀擴(kuò)展時(shí)，裂紋周圍的應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化(外表面)，對(duì)復(fù)雜組合體內(nèi)表面和外表面通過鉚釘、螺栓與外部組件連接起來，整體結(jié)構(gòu)在外載作用下，力將通過多路傳遞方式進(jìn)行傳遞，內(nèi)部組件上出現(xiàn)較大的宏觀裂紋時(shí)，與其固定的外部組件與裂紋最近的表面應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化。因此，可用分布式光纖傳感技術(shù)來檢測(cè)表面和內(nèi)部裂紋。分布式光纖傳感布線如圖1所示。

其中結(jié)構(gòu)疲勞損傷累積準(zhǔn)則采用如下公式進(jìn)行判斷：

第i次光纖監(jiān)測(cè)值

初始沒有裂紋的監(jiān)測(cè)值