用于船體結構的長基應力傳感器及使用方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于光纖光柵傳感器技術領域，涉及海洋船舶結構應力檢測及災害預防。 更具體地說是一種用于船體結構的長基應力傳感器及使用方法。
【背景技術】
[0002] 在交通運輸工具中，船舶具有裝載量大，費用低等優點，然而遠洋船舶營運條件 復雜，在惡劣的環境中，船舶安全問題尤顯突出。很多意外的情況是無法預測的，駕駛人員 需要準確掌握船體的實際結構強度，因而在正常及受到偶然載荷作用下的船體應力檢測具 有積極的意義。
[0003] 光纖光柵傳感器具有抗電磁干擾、電絕緣性能好，具有安全可靠的優點且傳輸損 耗小、體積小，幾何形狀可塑，可實現遠距離遙控監測，便于組成傳感網絡。光纖本身耐腐 蝕，化學性能穩定，因此光纖傳感器適宜于在海洋船舶這樣惡劣環境中使用。
[0004] 用于船體結構的長基應力光纖光柵傳感器系統是在船體結構中設置應力傳感器 網絡，實現船體結構應力變化的自動化監測。它能夠對船上的重要結構部位，為船上決策者 提供真實可靠的數據，保障船上人員及物資安全，增強船舶抗災害能力，提高安全性能，為 保證船舶安全提供科學依據。
【發明內容】
[0005] 針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種用于海洋船舶結構的長基應力傳 感器系統設計，實現在惡劣環境下船舶結構應力的實時監測。
[0006] 本發明為了實現上述目的，采用如下技術方案： 本發明公開的用于船體結構的長基應力傳感器，其特征在于所述的傳感器系統包括： 應力敏感器件、預固定裝置、調節裝置、密封裝置、安裝工具； 其中所述的應力敏感器件由單根光纖光柵7構成，光纖光柵的兩端粘貼在傳感器 底座活動板2上由頂絲修正光纖光柵的預拉值，由水密法蘭連接到傳輸光纜，最終船 體結構的應力以光纖光柵的波長變化的形式在解調儀端顯示，最大可測量形變是2000 _，光纖光柵的形變與光纖光柵的波長變化基本是線性關系的，通過解調儀端的 補償算法，最終獲得光纖的波長與船舶結構的應力值之間是呈比例變化的； 所述的預固定裝置包括傳感器底座活動板，傳感器底座固定板；傳感器底座固定板設 置在光纖光柵的前端，光纖法蘭座圓圈里面設置多層密封圈； 調節裝置由頂絲構成，敷設光纖光柵時，光纖光柵一端固定在傳感器底座固定板（6) 上，另一端固定在頂絲上，再安裝到傳感器底座活動板，通過對照解調儀的示數來調整頂絲 位置，修正光纖光柵的預拉值；安裝結束后撤出調節裝置，固定光纖光柵，最后加上密封盒 蓋。
[0007] 所述密封裝置包括：密封盒蓋1、連接管5、傳感器罩殼9,傳感器罩殼起到防浪涌 破壞功能；預拉后的傳感器底座活動板在撤出頂絲后，澆灌軟硅橡膠起到水密作用，待軟硅 橡膠基本固化后，安裝密封盒蓋，密封盒蓋與傳感器底座活動板之間裸露的光纖光柵套接 聚四氟乙烯材質的連接管，在起到防水的作用同時，便于傳感器在應力作用下將傳感器形 變作用在連接管上；保護管4安裝在傳感器頂座3和傳感器底座固定板6之間，光纖光柵穿 過保護管，經過可伸縮的連接管后進入密封盒蓋，密封盒蓋1內部的頂絲拉緊光纖光柵。
[0008] 本發明所述用于船體結構的長基應力傳感器安裝在316L不銹鋼保護管（4)內，在 傳感器底座固定板端，光纖光柵通過法蘭盤引出，便于接入通信光纖，法蘭盤內安裝有多層 密封圈，嚴格實現防水防潮功能。
[0009] 所述的澆灌軟硅橡膠指的是：澆灌環氧樹脂膠，然后采用膠水包裹住尾纖即可，防 止振動導致光損耗的同時起到防水作用。
[0010] 所述安裝工具8由鋁板加工而成，起到固定安裝的作用，以減少因傳感器安裝角 度傾斜而導致的應力測量誤差，在傳感器安裝結束后，該安裝工具應該撤出現場。經過安裝 工具在船體固定好傳感器后，整體安裝傳感器罩殼，并鎖緊螺栓。
[0011] 本發明進一步公開了用于船體結構的長基應力傳感器的使用方法，其特征在于： (1) 當船體在外界或內部的作用力下發生變化使，在密封好的傳感器內部，傳感器頂座 3和傳感器底座固定板6發生相對位移，固定在兩個底座和之間的光纖光柵受到拉力作用 產生形變，導致光纖光柵7中傳導的激光波長發生變化； (2) 船體結構的應力以光纖光柵的波長變化的形式在解調儀端顯示，光纖光柵的形變 與光纖光柵的波長變化基本是線性關系的，通過解調儀端的補償算法，最終獲得光纖波長 與船舶結構的應力值。
[0012] 傳感器利用316L不銹鋼保護管及密封盒蓋，提高了系統的水密性和防破壞功能。 鋁制的平板安裝工具在方便安裝傳感器的同時，也起到了校準及準直的功能，有效減少傳 感器的施工難度，提高系統的測量精度，便于后期維護。
[0013] 本發明更加詳細的描述如下： 用于船體結構的長基應力傳感器系統所述的傳感器系統包括：應力敏感器件、預固定 及調節裝置、密封及罩殼裝置、安裝工具。
[0014] 所述長基應力傳感器的敏感器件是由單根光纖光柵構成，最大可測量形變是 2000 _，光纖光柵的形變與光纖光柵的波長變化基本是線性關系的，通過解調儀端的補償 算法，最終獲得光纖的波長與船舶結構的應力值之間是呈比例變化的。預制光纖光柵的兩 端粘貼在傳感器底座活動板，由頂絲修正光纖光柵的預拉值，最終由水密法蘭連接到傳輸 光纜，最終船體結構的應力以光纖光柵的波長變化的形式在解調儀端顯示。該設計具有初 始零位可調功能：利用安裝工具可實現傳感器零位的調整，具有準直功能。系統便于安裝， 校準、線纜敷設簡單。針對海洋潮濕、浪涌等惡劣工況條件。
[0015] 所述長基應力傳感器的預固定裝置分為傳感器底座活動板及固定板，調節裝置有 頂絲構成。敷設光纖光柵時，光纖光柵一端先固定在傳感器底座固定板上，另一端先固定在 頂絲上，再安裝到傳感器底座活動板，通過對照解調儀的示數來調整頂絲位置，修正光纖光 柵的預拉值。
[0016] 所述長基應力傳感器的密封及罩殼裝置由密封盒蓋、連接管、密封圈、罩殼等構 成。預拉后的光纖光柵的底座活動板，在撤出頂絲后，澆灌環氧樹脂膠，封住頂絲孔即可，目 的是為了起到水密作用，待軟硅橡膠基本固化后，安裝密封盒蓋，密封盒蓋與傳感器底座活 動板之間裸露的光纖光柵套接聚四氟乙烯材質的連接管，在起到防水的作用同時，便于傳 感器在應力作用下將傳感器形變作用在連接管上。光纖光柵的長基應力部位主要是在316L 不銹鋼保護管內。在傳感器底座固定板端，光纖光柵通過法蘭盤引出，便于接入通信光纖， 法蘭盤內安裝有多層密封圈，嚴格實現防水防潮功能。
[0017]所述長基應力傳感器的安裝工具由鋁板加工而成，起到固定安裝的作用，以減少 因傳感器安裝角度傾斜而導致的應力測量誤差，在傳感器安裝結束后，該安裝工具應該撤 出現場。
[0018] 本發明公開的用于船體結構的長基應力傳感器及使用方法所具有的積極效果在 于： (1)用于船體結構的長基應力傳感器系統設計，針對船體工作環境要求，具有良好的水 密性、防破壞功能。
[0019] (2)工具方便安裝的同時，使系統同時具有初始零位可調功能，同時準直功能。為 交通領域的大型船舶結構的應力實時檢測提供一種穩定可靠的光纖光柵傳感器及安裝校 準方法。
[0020] (3)本發明的設計具有初始零位可調功能：利用安裝工具可實現傳感器零位的調 整，具有準直功能，即能使傳感器能沿所需測量的方向進行布置，保證測量的準確性。系統 便于安裝，校準、線纜敷設簡單。針對海洋潮濕、浪涌等惡劣工況條件，本發明同時設置了不 銹鋼保護管及密封盒蓋，提高了系統的水密性和防破壞功能。提高了光纖光柵傳感器在海 洋運輸領域應用的適用性和耐久性，為遠洋船舶領域船體結構的長期檢測和健康監測提 供一種穩定可靠的裝置。
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【附圖說明】
[0022] 圖1為本發明的長基應力傳感器的原理結構示意圖； 圖2為本發明的長基應力傳感器的安裝工具結構示意圖； 圖3為本發明的長基應力傳感器安裝完整后的總裝外觀示意圖； 圖4為本發明的長基應力傳感器的線性度； 圖中各標號： 密封盒蓋1，傳感器底座活動板2 傳感器頂座 3， 保護管 4，連接管 5， 傳感器底座固定板6， 光纖光柵7，安裝工具 8， 傳感器罩殼 9。
【具體實施方式】
[0023] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步詳細的說明。其中的軟硅橡膠有 市售。
[0024] 實施例1 用于船體結構的長基