[發明專利]一種基于滑輪軸的纜索拉力監測系統

在審

• 申請號: 202011389835.2
• 申請日: 2020-12-02
• 公開（公告）號: CN112699501A
• 公開（公告）日: 2021-04-23
• 發明（設計）人: 張濤;蔣鎮濤;孫函宇;申桓榕;汪雪良;楊華偉;徐春;鄭慶新;楊啟帆;朱全華;魯晶
• 申請（專利權）人: 中國船舶科學研究中心;南方海洋科學與工程廣東省實驗室（廣州）
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F30/27;G01L5/00;G01M13/00;G06N3/08;G06F119/14
• 代理公司: 無錫華源專利商標事務所(普通合伙) 32228
• 代理人: 聶啟新

本發明公開了一種基于滑輪軸的纜索拉力監測系統，涉及船舶結構力學測試領域，包括滑輪軸組件和應力傳感器，滑輪軸上開設有通孔；建立滑輪軸組件的三維等效模型并進行有限元分析，確定通孔的內表面上的各個有限元網格節點處的應力數據集，從所有有限元網格節點中篩選出監測測量點，在每個監測測量點處布置一個應力傳感器；利用向量化處理后的樣本集對神經網絡模型進行訓練得到模型參數，并構建得到拉力監測模型；在滑輪軸組件的工作過程中采集實測數據集，將向量化后的實測數據集輸入拉力監測模型得到纜索拉力，通過本系統能夠及時的獲取纜索上的拉力，可以直接替換現有的普通滑輪軸，適用范圍廣，適合批量生產且成本較低。

技術領域

本發明涉及船舶結構力學測試領域，尤其是一種基于滑輪軸的纜索拉力監測系統。

背景技術

纜索絞車是各類船舶與海工平臺的常用連接裝置，纜索與海底或其他固定設施連接從而保證船舶在固定位置停泊或作業，對于大型船舶以及特種作業船舶，纜索的拉力通常高達2000KN以上，為了保證錨泊系統的結構安全以及合理調節錨泊力，需要感知作用于絞車滑輪上的纜索的拉力大小。

目前，測量滑輪纜索拉力的方法主要包括：(1)在纜索的一端連接拉力傳感器，這種方式需要將拉力傳感器布置在水下或者帶纜樁的前端，布放不便，且耐久性較差；(2)在纜索上夾持應力計，但這種方式會阻礙纜索的正常收放，且需要專業人員現場安裝及調試；(3)其他間接測量方式，例如在絞車上布置傳感器，通過計算間接獲取拉力，缺點是該方法需要定制，且需要專業人員現場施工和調試，不能實現通用化和批量部署。

發明內容

本發明人針對上述問題及技術需求，提出了一種基于滑輪軸的纜索拉力監測系統，本發明的技術方案如下：

一種基于滑輪軸的纜索拉力監測系統，包括滑輪軸組件和應力傳感器，所述滑輪軸組件包括滑輪軸和安裝在所述滑輪軸上的滑輪，纜索纏繞在所述滑輪上，所述滑輪軸上開設有通孔；

建立所述滑輪軸組件的三維等效模型并進行有限元分析，確定所述通孔的內表面上的各個有限元網格節點處的應力數據集，每個有限元網格節點處的應力數據集包括所述有限元網格節點在N個不同的加載力下的應力值，根據各個有限元網格節點處的應力數據集及任意兩個有限元網格節點處的應力數據集之間的Pearson相關系數從所有有限元網格節點中篩選出監測測量點，在每個所述監測測量點處布置一個所述應力傳感器；

在纜索上施加n個在預定載荷范圍內的不同大小的加載力，在每個加載力下分別采集各個應力傳感器的應力測量值得到樣本集，利用向量化處理后的所述樣本集對神經網絡模型進行訓練得到模型參數，并構建得到拉力監測模型；

在所述滑輪軸組件的工作過程中，采集各個應力傳感器的應力測量值得到實測數據集，將向量化處理后的實測數據集輸入所述拉力監測模型得到對應的纜索拉力。

其進一步的技術方案為，所述根據各個有限元網格節點處的應力數據集及任意兩個有限元網格節點處的應力數據集之間的Pearson相關系數從所有有限元網格節點中篩選出監測測量點，包括：

確定初始的選取數據集包括所有有限元網格節點處的應力數據集；

從所述選取數據集中選取最大的應力數據集對應的有限元網格節點作為監測測量點；

將所述選取數據集中與最大的應力數據集之間的Pearson相關系數達到預定相關系數的應力數據集對應的有限元網格節點刪除，得到更新后的選取數據集；

針對所述選取數據集再次執行所述從所述選取數據集中選取對應的應力數據集最大的有限元網格節點作為監測測量點的步驟，直至所述選取數據集為空。

其進一步的技術方案為，任意兩個有限元網格節點處的應力數據集之間的Pearson相關系數的計算公式為：